Protonlar, yıldızların ürettiği ana enerji kaynağı olan termonükleer reaksiyonlarda yer alır. Özellikle reaksiyonlar kişi başı Güneş'in yaydığı enerjinin neredeyse tamamının kaynağı olan döngü, dört protonun birleşerek helyum-4 çekirdeği oluşturması ve iki protonun nötrona dönüşmesiyle ortaya çıkıyor.
Fizikte proton gösterilir P(veya P+ ). Protonun kimyasal adı (pozitif bir hidrojen iyonu olarak kabul edilir) H +, astrofiziksel adı HII'dir.
Açılış [ | ]
Proton özellikleri[ | ]
1836.152 673 89(17)'ye eşit olan proton ve elektron kütlelerinin oranı, %0,002 doğrulukla 6π 5 = 1836.118 değerine eşittir...
Protonun iç yapısı ilk olarak R. Hofstadter tarafından yüksek enerjili elektron ışınının (2 GeV) protonlarla çarpışması incelenerek deneysel olarak incelenmiştir (Nobel Fizik Ödülü 1961). Proton, yarıçapı cm olan, kütle ve yük yoğunluğu yüksek, ağır bir çekirdekten (çekirdek) oluşur. ≈ %35 (\displaystyle \yaklaşık 35\%) Protonun elektrik yükü ve onu çevreleyen nispeten seyrekleştirilmiş kabuk. Uzakta ≈ 0, 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \yaklaşık 0,25\cdot 10^(-13))önce ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \yaklaşık 1,4\cdot 10^(-13)) cm'de bu kabuk esas olarak sanal ρ - ve π - mesonlardan oluşur ve ≈ %50 (\displaystyle \yaklaşık 50\%) Protonun elektrik yükü, ardından mesafeye ≈ 2, 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \yaklaşık 2,5\cdot 10^(-13)) cm, protonun elektrik yükünün ~%15'ini taşıyan sanal ω - ve π - mezonlardan oluşan bir kabuğu genişletir.
Kuarkların protonun merkezinde yarattığı basınç yaklaşık 10 35 Pa'dır (10 30 atmosfer), yani nötron yıldızlarının içindeki basınçtan daha yüksektir.
Bir protonun manyetik momenti, belirli bir düzgün manyetik alanda protonun manyetik momentinin rezonans frekansının ve aynı alandaki protonun dairesel yörüngesinin siklotron frekansının oranı ölçülerek ölçülür.
Bir protonla ilişkili uzunluk boyutuna sahip üç fiziksel nicelik vardır:
1960'lı yıllardan bu yana çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilen, sıradan hidrojen atomları kullanılarak proton yarıçapı ölçümleri (CODATA -2014) şu sonuca varmıştır: 0,8751 ± 0,0061 femtometre(1 fm = 10−15 m). Müonik hidrojen atomlarıyla (elektronun bir müonla değiştirildiği) ilk deneyler bu yarıçap için %4 daha küçük bir sonuç verdi: 0,84184 ± 0,00067 fm. Bu farklılığın nedenleri hala belirsizdir.
Proton denilen Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W Değişim yoluyla zayıf etkileşimlere katılımını belirleyen Z 0 bozonu (bir parçacığın elektrik yükünün, bir foton alışverişi yoluyla elektromanyetik etkileşimlere katılımını belirlemesine benzer), polarize elektronların protonlar üzerinde saçılması sırasında eşlik ihlalinin deneysel ölçümlerine göre 0,0719 ± 0,0045'tir. Ölçülen değer, deneysel hata dahilinde, Standart Modelin teorik tahminleriyle (0,0708 ± 0,0003) tutarlıdır.
istikrar [ | ]
Serbest proton kararlıdır, deneysel çalışmalar onun bozunmasına dair herhangi bir işaret ortaya koymamıştır (ömrü için alt sınır 2,9⋅10, bozunma kanalından bağımsız olarak 29 yıl, 8,2⋅10, bir pozitron ve nötr pion'a bozunma için 33 yıl, 6,6⋅ Pozitif bir müon ve nötr bir pion'a bozunma için 10 33 yıl). Proton, baryonların en hafifi olduğundan, protonun kararlılığı, baryon sayısının korunumu yasasının bir sonucudur - bir proton, bu yasayı ihlal etmeden daha hafif parçacıklara (örneğin, bir pozitron ve nötrinoya) bozunamaz. Bununla birlikte, Standart Modelin birçok teorik uzantısı, baryon sayısının korunmamasına ve dolayısıyla proton bozunmasına neden olacak süreçleri (henüz gözlemlenmemiş) öngörmektedir.
Bir atom çekirdeğine bağlı bir proton, atomun elektron K, L veya M kabuğundan bir elektron yakalama yeteneğine sahiptir ("elektron yakalama" olarak adlandırılır). Bir elektronu emen atom çekirdeğinin protonu, bir nötrona dönüşür ve aynı anda bir nötrino yayar: p+e – →+ν e
. Elektron yakalamayla oluşturulan K, L veya M katmanındaki bir "delik", atomun üstteki elektron katmanlarından birinden gelen bir elektronla doldurulur ve atom numarasına karşılık gelen karakteristik X-ışınları yayar. Z− 1 ve/veya Auger elektronları. 7'den 1000'den fazla izotop bilinmektedir
4 ila 262
105, elektron yakalamayla bozunuyor. Yeterince yüksek bozunma enerjilerinde (yukarıda) 2m ve c 2 ≈ 1,022 MeV) rakip bir bozunma kanalı açılır - pozitron bozunması p → +e ++ν e
. Bu süreçlerin yalnızca bazı çekirdeklerdeki proton için mümkün olduğu, burada eksik enerjinin ortaya çıkan nötronun daha düşük bir nükleer kabuğa geçişiyle yenilendiği vurgulanmalıdır; serbest bir proton için bunlar enerjinin korunumu yasası tarafından yasaklanmıştır.
Kimyadaki protonların kaynağı mineral (nitrik, sülfürik, fosforik ve diğerleri) ve organik (formik, asetik, oksalik ve diğerleri) asitlerdir. Sulu bir çözeltide asitler, bir protonun eliminasyonuyla ayrışarak bir hidronyum katyonu oluşturabilir.
Gaz fazında protonlar iyonizasyonla elde edilir - bir elektronun bir hidrojen atomundan çıkarılması. Uyarılmamış bir hidrojen atomunun iyonlaşma potansiyeli 13.595 eV'dir. Moleküler hidrojen, atmosferik basınçta ve oda sıcaklığında hızlı elektronlar tarafından iyonize edildiğinde, başlangıçta moleküler hidrojen iyonu (H2 +) oluşur - 1,06 mesafede bir elektronla bir arada tutulan iki protondan oluşan fiziksel bir sistem. Pauling'e göre böyle bir sistemin kararlılığı, bir elektronun iki proton arasındaki "rezonans frekansı" 7·10 · 14 s −1'e eşit olan rezonansından kaynaklanmaktadır. Sıcaklık birkaç bin dereceye yükseldiğinde, hidrojen iyonizasyon ürünlerinin bileşimi protonlar - H + lehine değişir.
Başvuru [ | ]
Hızlandırılmış proton ışınları, temel parçacıkların deneysel fiziğinde (saçılma süreçlerinin incelenmesi ve diğer parçacıkların ışınlarının üretimi), tıpta (kanser için proton tedavisi) kullanılır.
Ayrıca bakınız [ | ]
Notlar [ | ]
- http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Temel Fiziksel Sabitler --- Tam Liste
- CODATA Değeri: proton kütlesi
- CODATA Değeri: u cinsinden proton kütlesi
- Ahmed S.; ve ark. (2004). “Sudbury Nötrino Gözlemevi'nden Görünmez Modlar Yoluyla Nükleon Bozunmasına İlişkin Kısıtlamalar.” Fiziksel İnceleme Mektupları. 92 (10): 102004.arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
- CODATA Değeri: MeV cinsinden proton kütle enerjisi eşdeğeri
- CODATA Değeri: proton-elektron kütle oranı
- , İle. 67.
- Hofstadter P.Çekirdeklerin ve nükleonların yapısı // Phys. - 1963. - T. 81, No. 1. - S. 185-200. -ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
- Shchelkin K.I. Sanal süreçler ve nükleonun yapısı // Mikrodünyanın Fiziği - M .: Atomizdat, 1965. - S. 75.
- Elastik saçılma, çevresel etkileşimler ve rezonanslar // Yüksek Enerji Parçacıkları. Uzayda ve laboratuvarlarda yüksek enerjiler - M.: Nauka, 1965. - S. 132.
Fizikçiler maddenin yapısını inceleyerek atomların nelerden oluştuğunu buldular, atom çekirdeğine ulaştılar ve onu protonlara ve nötronlara böldüler. Tüm bu adımlar oldukça kolay bir şekilde atıldı - sadece parçacıkları gerekli enerjiye hızlandırmanız, onları birbirlerine doğru itmeniz gerekiyordu ve sonra kendileri bileşen parçalarına ayrılıyordu.
Ancak protonlar ve nötronlar söz konusu olduğunda bu numara artık işe yaramıyordu. Bileşik parçacıklar olmalarına rağmen en şiddetli çarpışmada bile “parçalara ayrılamazlar”. Bu nedenle fizikçilerin protonun içine bakmanın, yapısını ve şeklini görmenin farklı yollarını bulmaları onlarca yıl aldı. Günümüzde protonun yapısının incelenmesi parçacık fiziğinin en aktif alanlarından biridir.
Doğa ipuçları veriyor
Proton ve nötronların yapısını incelemenin tarihi 1930'lara kadar uzanıyor. Protonlara ek olarak nötronlar da keşfedildiğinde (1932), kütlelerini ölçtükten sonra fizikçiler bunun protonun kütlesine çok yakın olduğunu gördüklerinde şaşırdılar. Üstelik protonların ve nötronların nükleer etkileşimi tamamen aynı şekilde "hissettikleri" ortaya çıktı. O kadar özdeş ki, nükleer kuvvetler açısından bakıldığında, bir proton ve bir nötron aynı parçacığın - bir nükleonun - iki tezahürü olarak düşünülebilir: bir proton elektrik yüklü bir nükleondur ve bir nötron nötr bir nükleondur. Protonları nötronlarla değiştirin ve nükleer kuvvetler (neredeyse) hiçbir şey fark etmeyecektir.
Fizikçiler doğanın bu özelliğini simetri olarak ifade ederler: Tıpkı bir kelebeğin solun sağla yer değiştirmesine göre simetrik olması gibi, nükleer etkileşim de protonların nötronlarla yer değiştirmesine göre simetriktir. Bu simetri, nükleer fizikte önemli bir rol oynamasının yanı sıra, aslında nükleonların ilginç bir iç yapıya sahip olduğunun ilk ipucuydu. Doğru, o halde 30'larda fizikçiler bu ipucunun farkına varmadılar.
Anlayış sonradan geldi. Bu, 1940-50'lerde protonların çeşitli elementlerin çekirdekleriyle çarpışma reaksiyonlarında bilim adamlarının giderek daha fazla yeni parçacık keşfettiklerine şaşırmalarıyla başladı. Protonlar değil, nötronlar değil, o zamana kadar keşfedilen ve çekirdeklerde nükleonları tutan pi-mezonlar değil, tamamen yeni bazı parçacıklar. Tüm çeşitliliklerine rağmen bu yeni parçacıkların iki ortak özelliği vardı. Birincisi, onlar da nükleonlar gibi nükleer etkileşimlere çok isteyerek katıldılar - şimdi bu tür parçacıklara hadron deniyor. İkincisi, son derece istikrarsızlardı. Bunların en kararsız olanı, nanosaniyenin trilyonda biri kadar bir sürede, atom çekirdeği büyüklüğünde uçmaya bile vakit bulamadan başka parçacıklara bozundu!
Hadron "hayvanat bahçesi" uzun bir süre tam bir karmaşa içindeydi. 1950'lerin sonunda fizikçiler zaten pek çok farklı hadron türünü öğrenmiş, bunları birbirleriyle karşılaştırmaya başlamış ve aniden özelliklerinde belirli bir genel simetri, hatta periyodiklik görmüşlerdi. Tüm hadronların (nükleonlar dahil) içinde “kuark” adı verilen bazı basit nesnelerin bulunduğu öne sürüldü. Kuarkları farklı şekillerde birleştirerek, deneyde keşfedilenlerle tamamen aynı türde ve aynı özelliklere sahip farklı hadronlar elde etmek mümkündür.
Bir protonu proton yapan nedir?
Fizikçiler hadronların kuark yapısını keşfettikten ve kuarkların birkaç farklı çeşidi olduğunu öğrendikten sonra, kuarklardan pek çok farklı parçacığın oluşturulabileceği anlaşıldı. Dolayısıyla, sonraki deneyler birbiri ardına yeni hadronlar bulmaya devam ettiğinde kimse şaşırmadı. Ancak tüm hadronlar arasında, tıpkı proton gibi yalnızca iki taneden oluşan tam bir parçacık ailesi keşfedildi. sen-kuarklar ve bir D-kuark. Protonun bir nevi "kardeşi". Ve burada fizikçiler bir sürprizle karşılaştılar.
Önce basit bir gözlem yapalım. Aynı "tuğlalardan" oluşan birkaç nesnemiz varsa, daha ağır nesneler daha fazla "tuğla" içerir, daha hafif olanlar ise daha az "tuğla" içerir. Bu, kombinasyon ilkesi veya üstyapı ilkesi olarak adlandırılabilecek çok doğal bir ilkedir ve hem günlük yaşamda hem de fizikte mükemmel bir şekilde çalışır. Hatta atom çekirdeğinin yapısında bile kendini gösterir - sonuçta daha ağır çekirdekler daha fazla sayıda proton ve nötrondan oluşur.
Ancak kuarklar düzeyinde bu prensip hiç işe yaramıyor ve kabul etmek gerekir ki fizikçiler bunun nedenini henüz tam olarak çözemediler. Protonun ağır kardeşlerinin de protondan bir buçuk, hatta iki kat daha ağır olmalarına rağmen protonla aynı kuarklardan oluştuğu ortaya çıktı. Protondan farklıdırlar (ve birbirlerinden farklıdırlar) kompozisyon, ve karşılıklı konum kuarklar, bu kuarkların birbirlerine göreli olma durumuna göre. Kuarkların göreceli konumunu değiştirmek yeterlidir - ve protondan gözle görülür derecede daha ağır başka bir parçacık elde edeceğiz.
Eğer yine de üçten fazla kuarkı bir arada toplayıp toplarsanız ne olur? Yeni bir ağır parçacık olacak mı? Şaşırtıcı bir şekilde işe yaramayacak - kuarklar üçe ayrılacak ve birkaç dağınık parçacığa dönüşecek. Bazı nedenlerden dolayı doğa, birçok kuarkın tek bir bütün halinde birleştirilmesini "sevmiyor"! Ancak çok yakın zamanda, kelimenin tam anlamıyla son yıllarda, bazı çoklu kuark parçacıklarının var olduğuna dair ipuçları ortaya çıkmaya başladı, ancak bu yalnızca doğanın onlardan ne kadar hoşlanmadığını vurguluyor.
Bu kombinatorikten çok önemli ve derin bir sonuç çıkıyor: hadronların kütlesi kesinlikle kuarkların kütlesinden oluşmuyor. Ancak bir hadronun kütlesi, onu oluşturan tuğlaların basitçe yeniden birleştirilmesiyle artırılabilir veya azaltılabilirse, o zaman hadronların kütlesinden sorumlu olan kuarkların kendisi değildir. Ve aslında, sonraki deneylerde kuarkların kütlesinin proton kütlesinin yalnızca yüzde ikisi kadar olduğunu ve yerçekiminin geri kalanının kuvvet alanı (özel parçacıklar - gluonlar) nedeniyle ortaya çıktığını bulmak mümkün oldu. kuarkları birbirine bağlar. Kuarkların göreceli konumunu değiştirerek, örneğin onları birbirlerinden uzaklaştırarak, gluon bulutunu değiştirip onu daha büyük hale getiriyoruz, bu yüzden hadronun kütlesi artıyor (Şekil 1).
Hızlı hareket eden bir protonun içinde neler oluyor?
Yukarıda anlatılanların hepsi durağan bir protonla ilgilidir; fizikçilerin dilinde bu, protonun dinlenme çerçevesindeki yapısıdır. Ancak deneyde protonun yapısı ilk kez başka koşullar altında keşfedildi; hızlı uçmak proton.
1960'ların sonlarında, hızlandırıcılardaki parçacık çarpışmaları üzerine yapılan deneylerde, ışık hızına yakın hızda hareket eden protonların, sanki içlerindeki enerji eşit şekilde dağılmamış gibi davrandığı, ancak tek tek kompakt nesnelerde yoğunlaşmış gibi davrandığı fark edildi. Ünlü fizikçi Richard Feynman, içindeki bu madde yığınlarına proton adını vermeyi önerdi. partonlar(İngilizceden parça - Parça).
Sonraki deneyler partonların birçok özelliğini inceledi; örneğin elektrik yükleri, sayıları ve her birinin taşıdığı proton enerjisinin oranı. Yüklü partonların kuark, nötr partonların ise gluon olduğu ortaya çıktı. Evet, protonun dinlenme çerçevesinde kuarklara basitçe "hizmet eden", onları birbirine çeken aynı gluonlar artık bağımsız partonlardır ve kuarklarla birlikte hızlı hareket eden bir protonun "maddesini" ve enerjisini taşırlar. Deneyler, enerjinin yaklaşık yarısının kuarklarda, yarısının da gluonlarda depolandığını göstermiştir.
Partonlar en uygun şekilde protonların elektronlarla çarpışmalarında incelenir. Gerçek şu ki, protondan farklı olarak elektron güçlü nükleer etkileşimlere katılmaz ve protonla çarpışması çok basit görünür: Elektron çok kısa bir süre için sanal bir foton yayar, bu foton yüklü bir partona çarpar ve sonunda bir foton üretir. çok sayıda parçacık ( Şekil 2). Elektronun, protonu "açmak" ve onu ayrı parçalara bölmek için - ancak çok kısa bir süre için - mükemmel bir neşter olduğunu söyleyebiliriz. Bu tür süreçlerin bir hızlandırıcıda ne sıklıkta meydana geldiğini bilerek, bir proton içindeki partonların sayısı ve bunların yükleri ölçülebilir.
Partonlar gerçekte kimlerdir?
Ve burada fizikçilerin temel parçacıkların yüksek enerjilerdeki çarpışmalarını incelerken yaptıkları başka bir şaşırtıcı keşfe geliyoruz.
Normal koşullar altında şu veya bu nesnenin nelerden oluştuğu sorusunun tüm referans sistemleri için evrensel bir cevabı vardır. Örneğin, bir su molekülü iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomundan oluşur; sabit veya hareketli bir moleküle bakıyor olmamızın bir önemi yoktur. Ancak bu kural o kadar doğal görünüyor ki! - ışık hızına yakın hızlarda hareket eden temel parçacıklardan bahsediyorsak ihlal edilir. Bir referans çerçevesinde, karmaşık bir parçacık, bir dizi alt parçacıktan ve başka bir referans çerçevesinde başka bir alt parçacıktan oluşabilir. Şekline dönüştü kompozisyon göreceli bir kavramdır!
Bu nasıl olabilir? Buradaki anahtar önemli bir özelliktir: Dünyamızdaki parçacıkların sayısı sabit değildir; parçacıklar doğup yok olabilirler. Örneğin, yeterince yüksek enerjiye sahip iki elektronu bir araya getirirseniz, bu iki elektrona ek olarak ya bir foton ya da bir elektron-pozitron çifti ya da başka parçacıklar doğabilir. Bütün bunlara kuantum yasaları izin verir ve gerçek deneylerde olan da tam olarak budur.
Ancak parçacıkların bu "korunmazlık yasası" işe yarıyor çarpışma durumunda parçacıklar. Aynı proton farklı bakış açılarından nasıl oluyor da farklı parçacıklardan oluşuyormuş gibi görünüyor? Mesele şu ki, bir proton sadece üç kuarktan ibaret değil. Kuarklar arasında bir gluon kuvvet alanı vardır. Genel olarak, bir kuvvet alanı (yerçekimi veya elektrik alanı gibi), uzaya nüfuz eden ve parçacıkların birbirleri üzerinde kuvvetli bir etki yaratmasına izin veren bir tür maddi "varlıktır". Kuantum teorisinde alan, özel de olsa sanal parçacıklardan da oluşur. Bu parçacıkların sayısı sabit değildir; sürekli olarak kuarklardan “tomurcuklanırlar” ve diğer kuarklar tarafından emilirler.
Dayanma Bir proton aslında aralarında gluonların sıçradığı üç kuark olarak düşünülebilir. Ancak aynı protona farklı bir çerçeveden, sanki oradan geçen bir “göreli trenin” penceresinden bakarsak, bambaşka bir tabloyla karşılaşırız. Kuarkları birbirine yapıştıran sanal gluonlar daha az sanal, "daha gerçek" parçacıklar gibi görünecek. Tabii ki hala kuarklar tarafından doğup emiliyorlar, ancak aynı zamanda bir süre kendi başlarına yaşıyorlar, gerçek parçacıklar gibi kuarkların yanında uçuyorlar. Bir referans çerçevesinde basit bir kuvvet alanı gibi görünen şey, başka bir çerçevede parçacık akışına dönüşüyor! Protonun kendisine dokunmadığımızı, ona yalnızca farklı bir referans çerçevesinden baktığımızı unutmayın.
Üstelik. "Göreceli trenimizin" hızı ışık hızına ne kadar yakınsa, protonun içinde göreceğimiz tablo da o kadar muhteşem olur. Işık hızına yaklaştıkça protonun içinde giderek daha fazla gluon bulunduğunu fark edeceğiz. Üstelik bazen kuark-antikuark çiftlerine ayrılırlar; bunlar da yakınlarda uçar ve parton olarak da kabul edilir. Sonuç olarak, ultrarelativistik bir proton, yani bize göre ışık hızına çok yakın bir hızla hareket eden bir proton, birlikte uçan ve birbirini destekliyor gibi görünen kuark, antikuark ve gluonlardan oluşan iç içe geçmiş bulutlar şeklinde ortaya çıkar (Şekil 1). .3).
Görelilik teorisine aşina olan bir okuyucu endişelenebilir. Tüm fizik, herhangi bir sürecin tüm eylemsiz referans çerçevelerinde aynı şekilde ilerlemesi ilkesine dayanır. Ama protonun bileşiminin onu gözlemlediğimiz referans çerçevesine bağlı olduğu ortaya çıktı?!
Evet, kesinlikle öyle ama bu hiçbir şekilde görelilik ilkesini ihlal etmiyor. Protonun bileşimi referans çerçevesine bağlı olmasına rağmen, fiziksel süreçlerin sonuçları (örneğin, bir çarpışma sonucunda hangi parçacıkların ve kaç tanesinin üretildiği) değişmezdir.
İlk bakışta alışılmadık ama tüm fizik yasalarını karşılayan bu durum, Şekil 4'te şematik olarak gösterilmektedir. Yüksek enerjili iki protonun çarpışmasının farklı referans çerçevelerinde nasıl göründüğünü gösterir: bir protonun dinlenme çerçevesinde, Kütle merkezi çerçevesi, başka bir protonun geri kalan çerçevesinde. Protonlar arasındaki etkileşim, gluonların bölünmesiyle gerçekleştirilir, ancak yalnızca bir durumda bu basamak bir protonun "içerisi" olarak kabul edilir, başka bir durumda başka bir protonun parçası olarak kabul edilir ve üçüncü durumda sadece bir miktardır. iki proton arasında değiş tokuş edilen nesne. Bu kademe var, gerçek ama sürecin hangi kısmına atfedilmesi gerektiği referans çerçevesine bağlı.
Bir protonun 3 boyutlu portresi
Az önce bahsettiğimiz tüm sonuçlar, çok uzun zaman önce, geçen yüzyılın 60-70'lerinde gerçekleştirilen deneylere dayanıyordu. Görünüşe göre o zamandan beri her şeyin incelenmesi ve tüm soruların cevaplarını bulması gerekiyordu. Ama hayır; protonun yapısı hâlâ parçacık fiziğinin en ilginç konularından biri olmaya devam ediyor. Üstelik fizikçiler, hızlı hareket eden bir protonun "üç boyutlu" portresinin nasıl elde edileceğini buldukları için, son yıllarda buna olan ilgi yeniden arttı; bunun, sabit bir proton portresinden çok daha zor olduğu ortaya çıktı.
Proton çarpışmaları üzerine yapılan klasik deneyler yalnızca partonların sayısı ve bunların enerji dağılımı hakkında bilgi verir. Bu tür deneylere partonlar bağımsız nesneler olarak katılırlar; bu da onlardan partonların birbirlerine göre nasıl konumlandıklarını veya bir protona tam olarak nasıl eklendiklerini bulmanın imkansız olduğu anlamına gelir. Uzun zamandır hızlı hareket eden bir protonun yalnızca “tek boyutlu” bir portresinin fizikçilerin elinde bulunduğunu söyleyebiliriz.
Bir protonun gerçek, üç boyutlu bir portresini oluşturmak ve partonların uzaydaki dağılımını bulmak için, 40 yıl önce mümkün olanlardan çok daha incelikli deneylere ihtiyaç var. Fizikçiler bu tür deneyleri yapmayı oldukça yakın zamanda, kelimenin tam anlamıyla son on yılda öğrendiler. Bir elektronun bir protonla çarpışması sırasında meydana gelen çok sayıda farklı reaksiyon arasında özel bir reaksiyonun olduğunu fark ettiler: derin sanal Compton saçılması, - bu bize protonun üç boyutlu yapısı hakkında bilgi verebilir.
Genel olarak Compton saçılması veya Compton etkisi, bir fotonun bir parçacıkla, örneğin bir protonla elastik çarpışmasıdır. Şuna benzer: Bir foton gelir, bir proton tarafından emilir, proton kısa bir süre için uyarılmış duruma geçer ve ardından orijinal durumuna dönerek bir yönde bir foton yayar.
Sıradan ışık fotonlarının Compton saçılımı ilginç bir şeye yol açmaz; bu sadece ışığın bir protondan yansımasıdır. Protonun iç yapısının "işe girmesi" ve kuarkların dağılımının "hissedilmesi" için, çok yüksek enerjiye sahip fotonların (normal ışıktan milyarlarca kat daha fazla) kullanılması gerekir. Ve bu tür fotonlar - sanal olsalar da - gelen bir elektron tarafından kolayca üretilir. Şimdi birini diğeriyle birleştirirsek derin sanal Compton saçılımı elde ederiz (Şekil 5).
Bu reaksiyonun temel özelliği protonu yok etmemesidir. Gelen foton sadece protona çarpmakla kalmıyor, sanki onu dikkatle hissediyor ve sonra uçup gidiyor. Uçup gittiği yön ve protonun ondan aldığı enerjinin ne kadarı protonun yapısına, içindeki partonların göreceli düzenine bağlıdır. Bu nedenle, bu süreci inceleyerek protonun üç boyutlu görünümünü sanki "heykelini şekillendiriyormuş" gibi eski haline getirmek mümkündür.
Doğru, deneysel bir fizikçinin bunu yapması çok zordur. Gerekli işlem oldukça nadir gerçekleşir ve kaydedilmesi zordur. Bu reaksiyona ilişkin ilk deneysel veriler yalnızca 2001 yılında Hamburg'daki Alman hızlandırıcı kompleksi DESY'deki HERA hızlandırıcısında elde edildi; şu anda deneyciler tarafından yeni bir veri dizisi işleniyor. Ancak bugün, ilk verilere dayanarak teorisyenler protondaki kuarkların ve gluonların üç boyutlu dağılımlarını çiziyorlar. Fizikçilerin daha önce sadece varsayımlarda bulunduğu fiziksel bir miktar, sonunda deneyden "ortaya çıkmaya" başladı.
Bu alanda bizi bekleyen beklenmedik keşifler var mı? Muhtemelen evet. Örneklendirmek gerekirse, Kasım 2008'de, hızlı hareket eden bir protonun düz bir disk gibi değil, çift içbükey bir merceğe benzemesi gerektiğini belirten ilginç bir teorik makalenin ortaya çıktığını varsayalım. Bunun nedeni, protonun merkez bölgesinde oturan partonların, kenarlarda oturan partonlara göre uzunlamasına yönde daha güçlü bir şekilde sıkıştırılmasıdır. Bu teorik tahminleri deneysel olarak test etmek çok ilginç olurdu!
Bütün bunlar fizikçiler için neden ilginç?
Fizikçilerin maddenin proton ve nötronların içinde nasıl dağıldığını tam olarak bilmeye neden ihtiyacı var?
Öncelikle fiziğin gelişiminin mantığı bunu gerektiriyor. Dünyada modern teorik fiziğin henüz tam olarak başa çıkamadığı pek çok şaşırtıcı derecede karmaşık sistem var. Hadronlar böyle bir sistemdir. Hadronların yapısını anlayarak, teorik fiziğin evrensel olabilecek ve belki de tamamen farklı bir konuda, örneğin süper iletkenlerin veya alışılmadık özelliklere sahip diğer malzemelerin incelenmesinde yardımcı olabilecek yeteneklerini geliştiriyoruz.
İkincisi, nükleer fiziğe doğrudan faydası var. Atom çekirdeği üzerine yapılan çalışmaların neredeyse yüzyıllık geçmişine rağmen, teorisyenler protonlar ve nötronlar arasındaki etkileşimin kesin yasasını hala bilmiyorlar.
Bu yasayı kısmen deneysel verilere dayanarak tahmin etmeleri, kısmen de nükleonların yapısı hakkındaki bilgilere dayanarak oluşturmaları gerekiyor. Nükleonların üç boyutlu yapısına ilişkin yeni verilerin yardımcı olacağı yer burasıdır.
Üçüncüsü, birkaç yıl önce fizikçiler maddenin en az yeni bir toplu halini - kuark-gluon plazmasını - elde etmeyi başardılar. Bu durumda kuarklar tek tek protonların ve nötronların içinde yer almazlar, nükleer madde yığınının tamamında serbestçe dolaşırlar. Bu, örneğin şu şekilde başarılabilir: Ağır çekirdekler bir hızlandırıcıda ışık hızına çok yakın bir hıza kadar hızlandırılır ve ardından kafa kafaya çarpışır. Bu çarpışmada çok kısa bir süre için trilyonlarca derecelik sıcaklıklar ortaya çıkıyor ve bu da çekirdeklerin kuark-gluon plazmasına dönüşmesini sağlıyor. Dolayısıyla, bu nükleer erimenin teorik hesaplamalarının, nükleonların üç boyutlu yapısı hakkında iyi bir bilgi gerektirdiği ortaya çıktı.
Son olarak bu veriler astrofizik için çok gereklidir. Ağır yıldızlar yaşamlarının sonunda patladığında, genellikle arkalarında son derece kompakt nesneler (nötron ve muhtemelen kuark yıldızları) bırakırlar. Bu yıldızların çekirdeği tamamen nötronlardan ve hatta belki de soğuk kuark-gluon plazmasından oluşuyor. Bu tür yıldızlar uzun zamandır keşfedildi, ancak içlerinde neler olup bittiğini yalnızca tahmin etmek mümkün. Yani kuark dağılımlarının iyi anlaşılması astrofizikte ilerlemeye yol açabilir.
Bu yazımızda kimya ve fizikte kullanılan, evrenin diğer elementleriyle birlikte temelini oluşturan temel parçacık olan proton hakkında bilgiler bulacaksınız. Protonun özellikleri, kimyadaki özellikleri ve kararlılığı belirlenecektir.
Proton nedir
Proton, baryon olarak sınıflandırılan temel parçacıkların temsilcilerinden biridir; fermiyonların güçlü bir şekilde etkileştiği ve parçacığın kendisi 3 kuarktan oluştuğu. Proton kararlı bir parçacıktır ve kişisel bir momentumu vardır; ½ spin. Protonun fiziksel tanımı P(veya P +)
Proton, termonükleer tip işlemlerde yer alan temel bir parçacıktır. Esasen evrendeki yıldızların ürettiği ana enerji kaynağı bu tür bir reaksiyondur. Güneş tarafından salınan enerjinin neredeyse tamamı, yalnızca 4 protonun bir helyum çekirdeğinde birleşmesi ve iki protondan bir nötronun oluşması nedeniyle mevcuttur.
Bir protonun doğasında bulunan özellikler
Proton baryonların temsilcilerinden biridir. Bu bir gerçek. Protonun yükü ve kütlesi sabit miktarlardır. Proton elektrik yüklü +1'dir ve kütlesi çeşitli ölçü birimleriyle belirlenir ve MeV 938.272 0813(58) cinsindendir, protonun kilogram cinsinden ağırlığı ise 1.672 621 898(21) 10 −27 kg şeklindedir, Atomik kütle birimlerinde bir protonun ağırlığı 1,007 276 466 879(91) a'dır. e.m. ve elektronun kütlesine göre protonun ağırlığı elektrona göre 1836.152 673 89 (17)'dir.
Tanımı yukarıda verilmiş olan proton, fizik açısından, izospin +½ projeksiyonuna sahip temel bir parçacıktır ve nükleer fizik bu parçacığı ters işaretle algılar. Protonun kendisi bir nükleondur ve 3 kuarktan (iki u kuark ve bir d kuark) oluşur.
Protonun yapısı, Amerika Birleşik Devletleri'nden nükleer fizikçi Robert Hofstadter tarafından deneysel olarak incelendi. Bu hedefe ulaşmak için fizikçi, protonları yüksek enerjili elektronlarla çarpıştırdı ve bu açıklamasından dolayı Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.
Proton, protonun elektrik yükünün enerjisinin yaklaşık yüzde otuz beşini içeren ve oldukça yüksek yoğunluğa sahip bir çekirdek (ağır çekirdek) içerir. Çekirdeği çevreleyen kabuk nispeten boşalmıştır. Kabuk esas olarak ve p tipi sanal mesonlardan oluşur ve protonun elektrik potansiyelinin yaklaşık yüzde ellisini taşır ve yaklaşık 0,25 * 10 13 ila 1,4 * 10 13 arasında bir mesafede bulunur. Daha da ötesi, yaklaşık 2,5 x 10 13 santimetre mesafede, kabuk sanal mezonlardan oluşur ve protonun elektrik yükünün yaklaşık olarak kalan yüzde on beşini içerir.
Proton Kararlılığı ve Kararlılığı
Serbest durumda proton herhangi bir bozunma belirtisi göstermez, bu da onun kararlılığını gösterir. Baryonların en hafif temsilcisi olan protonun kararlı durumu, baryon sayısının korunumu yasasıyla belirlenir. Protonlar, SBC yasasını ihlal etmeden nötrinolara, pozitronlara ve diğer daha hafif temel parçacıklara bozunabilir.
Atom çekirdeğinin protonu, K, L, M atom kabuklarına sahip belirli türdeki elektronları yakalama yeteneğine sahiptir. Elektron yakalamayı tamamlayan proton, bir nötrona dönüşür ve sonuç olarak bir nötrino serbest bırakır ve elektron yakalama sonucunda oluşan "delik", alttaki atom katmanlarının üstünden gelen elektronlarla doldurulur.
Eylemsiz referans çerçevelerinde, protonların hesaplanabilecek sınırlı bir ömre sahip olmaları gerekir; bunun nedeni, kuantum alan teorisinde, termal radyasyonun bir referans çerçevesinde hızlandırılan olası tefekkürünü öngören Unruh etkisinden (radyasyon) kaynaklanmaktadır. bu tür radyasyonun yokluğu. Bu nedenle, eğer bir proton, eğer sınırlı bir ömrü varsa, bu bozunma sürecinin kendisi ZSE tarafından yasaklanmış olmasına rağmen, bir pozitron, nötron veya nötrinoya beta bozunmasına uğrayabilir.
Kimyada protonların kullanımı
Proton, tek bir protondan oluşan bir H atomudur ve elektronu yoktur, dolayısıyla kimyasal anlamda proton, H atomunun bir çekirdeğidir.Bir protonla eşleştirilmiş bir nötron, bir atomun çekirdeğini oluşturur. Dmitry Ivanovich Mendeleev'in PTCE'sinde element numarası, belirli bir elementin atomundaki proton sayısını gösterir ve element numarası atom yüküne göre belirlenir.
Hidrojen katyonları çok güçlü elektron alıcılarıdır. Kimyada protonlar esas olarak organik ve mineral asitlerden elde edilir. İyonlaşma, gaz fazında proton üretme yöntemidir.
Proton (temel parçacık)
BİLİM çerçevesinde çalışan temel parçacıkların alan teorisi, FİZİK tarafından kanıtlanmış bir temele dayanmaktadır:
- Klasik elektrodinamik,
- Kuantum mekaniği (enerjinin korunumu yasasıyla çelişen sanal parçacıklar olmadan),
- Korunum yasaları fiziğin temel yasalarıdır.
Doğada var olmayan temel parçacıkları kullanmak, doğada var olmayan temel etkileşimleri icat etmek veya doğada var olan etkileşimleri masalsı olanlarla değiştirmek, doğa yasalarını göz ardı etmek, bunlarla matematiksel manipülasyonlar yapmak (bilim görünümü yaratmak) - bilim diye aktarılan pek çok PERİ MASALI bunlar. Sonuç olarak fizik, matematiksel masalların dünyasına girdi. Standart Model'in masal karakterleri (gluonlu kuarklar), masalsı gravitonlar ve "Kuantum Teorisi" masalları ile birlikte fizik ders kitaplarına çoktan girmiş durumda ve matematiksel masalları gerçeklik gibi göstererek çocukları yanıltıyorlar. Dürüst New Physics'in destekçileri buna direnmeye çalıştı ama güçler eşit değildi. Ve böylece, temel parçacıkların alan teorisinin ortaya çıkmasından önce, FİZİK-BİLİM'in yeniden canlandırılması mücadelesi, gerçek bilimsel teori ile fizikte gücü ele geçiren matematiksel peri masalları arasındaki açık çatışma düzeyine taşınana kadar, 2010 yılına kadar böyleydi. mikro dünya (ve sadece değil).
Ancak internet, arama motorları ve sitenin sayfalarında gerçeği özgürce söyleme yeteneği olmasaydı insanlık Yeni Fiziğin başarılarını bilemezdi. Bilimden para kazanan yayınlara gelince, internette gerekli bilgileri hızlı ve özgür bir şekilde elde etmek mümkünken, bugün bunları para için okuyanlar var.
1 Proton temel bir parçacıktır
2 Fizik bir bilim olarak kaldığında
3 Fizikte proton
4 Proton yarıçapı
5 Bir protonun manyetik momenti
6 Bir protonun elektrik alanı
- 6.1 Uzak bölgedeki proton elektrik alanı
6.2 Bir protonun elektrik yükleri
6.3 Yakın bölgedeki bir protonun elektrik alanı
8 Proton ömrü
9 Standart Model hakkındaki gerçek
10 Yeni fizik: Proton - özet
Ernest Rutherford 1919'da nitrojen çekirdeklerini alfa parçacıklarıyla ışınlayarak hidrojen çekirdeklerinin oluşumunu gözlemledi. Rutherford çarpışma sonucu oluşan parçacığa proton adını verdi. Bir bulut odasındaki proton izlerinin ilk fotoğrafları 1925'te Patrick Blackett tarafından çekildi. Ancak hidrojen iyonlarının kendileri (protonlardır) Rutherford'un deneylerinden çok önce biliniyordu.
Bugün, yani 21. yüzyılda fizik, protonlar hakkında çok daha fazlasını söyleyebilir.
1 Proton temel bir parçacıktır
Fizik geliştikçe fiziğin protonun yapısı hakkındaki fikirleri de değişti.
Fizik başlangıçta protonu, GellMann ve Zweig'in bağımsız olarak kuark hipotezini öne sürdüğü 1964 yılına kadar temel bir parçacık olarak değerlendirdi.
Başlangıçta hadronların kuark modeli yalnızca üç varsayımsal kuark ve bunların antiparçacıklarıyla sınırlıydı. Bu, önerilen modele uymayan ve bu nedenle kuarklarla birlikte temel olarak kabul edilen leptonları hesaba katmadan, o dönemde bilinen temel parçacıkların spektrumunu doğru bir şekilde tanımlamayı mümkün kıldı. Bunun bedeli doğada bulunmayan kesirli elektrik yüklerinin ortaya çıkmasıydı. Daha sonra fizik geliştikçe ve yeni deneysel veriler ortaya çıktıkça kuark modeli yavaş yavaş büyüyüp dönüştü ve sonunda Standart Model haline geldi.
Fizikçiler özenle yeni varsayımsal parçacıklar arıyorlar. Kuarkların araştırılması kozmik ışınlarda, doğada (kesirli elektrik yükleri telafi edilemediği için) ve hızlandırıcılarda gerçekleştirildi.
Onlarca yıl geçti, hızlandırıcıların gücü arttı ve varsayımsal kuark arayışının sonucu hep aynıydı: Kuarklar doğada bulunmaz.
Kuark modelinin (ve ardından Standart modelin) ölme ihtimalini gören destekçileri, bazı deneylerde kuark izlerinin görüldüğüne dair bir peri masalı yazıp insanlığa anlattılar. - Bu bilgiyi doğrulamak imkansızdır - deneysel veriler Standart Model kullanılarak işlenir ve her zaman ihtiyaç duyduğu şeyi verecektir. Fizik tarihi, bir parçacığın yerine başka bir parçacığın içeri girdiği örnekleri bilir; deneysel verilerin bu türdeki son manipülasyonu, sözde parçacıkların kütlesinden sorumlu olan ama aynı zamanda muhteşem bir Higgs bozonu olarak bir vektör mezonunun kaymasıydı. zaman onların çekim alanını yaratmıyor. Bu matematiksel hikaye Nobel Fizik Ödülü'ne bile layık görüldü. Bizim durumumuzda, hakkında temel parçacıkların dalga teorilerinin yazıldığı alternatif bir elektromanyetik alanın durağan dalgaları, peri kuarklar olarak içeri girmişti.
Standart modelin tahtı yeniden sallanmaya başlayınca, destekçileri küçükler için "Hapsedilme" adında yeni bir peri masalı yazıp insanlığa sundular. Düşünen herhangi bir kişi, bunda, doğanın temel bir yasası olan enerjinin korunumu yasasının bir alay konusu olduğunu hemen görecektir. Ancak Standart Modelin destekçileri GERÇEKLİK'i görmek istemiyorlar.
2 Fizik bir bilim olarak kaldığında
Fizik hala bir bilim olarak kaldığında, gerçek çoğunluğun görüşüne göre değil deneylere göre belirlendi. FİZİK-BİLİM ile fizik diye anlatılan matematik masalları arasındaki temel fark budur.
Varsayımsal kuarkları arayan tüm deneyler(tabii ki deneysel veriler kisvesi altında inançlarınızda kaymalar hariç) açıkça gösterdik: doğada kuark YOKTUR.
Artık Standart Model'in destekçileri, tüm deneylerin Standart Model için ölüm cezası haline gelen sonuçlarını kendi kolektif görüşleri ile değiştirmeye ve bunu gerçekmiş gibi göstermeye çalışıyorlar. Ama masal ne kadar devam ederse etsin yine de bir sonu olacaktır. Tek soru bunun nasıl bir son olacağıdır: Standart Model'in destekçileri zeka, cesaret gösterecek ve deneylerin oy birliğiyle verdiği karara (ya da daha doğrusu DOĞAN'ın kararına) göre konumlarını değiştirecekler, yoksa tarihe gömülecekler. evrensel kahkaha Yeni fizik - 21. yüzyılın fiziği tüm insanlığı kandırmaya çalışan hikaye anlatıcıları gibi. Seçim onların.
Şimdi protonun kendisi hakkında.
3 Fizikte proton
Proton - temel parçacık kuantum numarası L=3/2 (spin = 1/2) - baryon grubu, proton alt grubu, elektrik yükü +e (temel parçacıkların alan teorisine göre sistemleştirme).
Temel parçacıkların alan teorisine göre (bilimsel bir temele dayanan ve tüm temel parçacıkların doğru spektrumunu alan tek teori), bir proton, sabit bileşenli, dönen, polarize, alternatif bir elektromanyetik alandan oluşur. Standart Model'in protonun kuarklardan oluştuğu yönündeki asılsız açıklamalarının gerçeklikle hiçbir ilgisi yoktur. - Fizik, protonun elektromanyetik alanlara ve ayrıca bir çekim alanına sahip olduğunu deneysel olarak kanıtladı. Fizik, temel parçacıkların sadece elektromanyetik alanlara sahip olmakla kalmayıp, elektromanyetik alanlardan oluştuğunu da 100 yıl önce çok parlak bir şekilde tahmin etmişti; ancak 2010 yılına kadar bir teori oluşturmak mümkün değildi. Şimdi, 2015 yılında, yerçekiminin elektromanyetik doğasını belirleyen ve temel parçacıkların yerçekimi alanının denklemlerini, yerçekimi denklemlerinden farklı olarak elde eden, temel parçacıkların yerçekimi teorisi de ortaya çıktı; fizikte masal inşa edildi.
Şu anda, temel parçacıkların alan teorisi (Standart Modelin aksine), temel parçacıkların yapısı ve spektrumu hakkındaki deneysel verilerle çelişmemektedir ve bu nedenle fizik tarafından doğada çalışan bir teori olarak değerlendirilebilir.
Bir protonun elektromanyetik alanının yapısı(E-sabit elektrik alanı, H-sabit manyetik alan, alternatif elektromanyetik alan sarı renkle işaretlenmiştir)
Enerji dengesi (toplam iç enerjinin yüzdesi):
- sabit elektrik alanı (E) - %0,346,
- sabit manyetik alan (H) - %7,44,
- alternatif elektromanyetik alan - %92,21.
Bir protonun elektrik alanı iki bölgeden oluşur: pozitif yüklü bir dış bölge ve negatif yüklü bir iç bölge. Dış ve iç bölgelerin yüklerindeki fark, proton +e'nin toplam elektrik yükünü belirler. Kuantizasyonu temel parçacıkların geometrisine ve yapısına dayanır.
Doğada gerçekten var olan temel parçacıkların temel etkileşimleri şöyle görünür:
4 Proton yarıçapı
Temel parçacıkların alan teorisi, bir parçacığın yarıçapını (r), merkezden maksimum kütle yoğunluğunun elde edildiği noktaya kadar olan mesafe olarak tanımlar. 
Bir proton için bu 3.4212 ∙10 -16 m olacaktır Buna elektromanyetik alan katmanının kalınlığını eklemeliyiz ve protonun kapladığı alan bölgesinin yarıçapı elde edilecektir: 
Bir proton için bu 4.5616 ∙10 -16 m olacaktır.Böylece protonun dış sınırı parçacığın merkezinden 4.5616 ∙10 -16 m uzaklıkta bulunur.Kütlenin küçük bir kısmı sabitte yoğunlaşmıştır. Elektrodinamik yasalarına göre protonun elektrik ve sabit manyetik alanı bu yarıçapın dışındadır.
5 Bir protonun manyetik momenti
Kuantum teorisinin aksine, temel parçacıkların alan teorisi, temel parçacıkların manyetik alanlarının, elektrik yüklerinin spin dönüşüyle yaratılmadığını, ancak elektromanyetik alanın sabit bir bileşeni olarak sabit bir elektrik alanıyla eşzamanlı olarak var olduğunu belirtir. Bu yüzden Kuantum sayısı L>0 olan tüm temel parçacıklar sabit manyetik alanlara sahiptir.
Temel parçacıkların alan teorisi, protonun manyetik momentinin anormal olduğunu dikkate almaz; değeri, kuantum mekaniğinin temel bir parçacıkta çalıştığı ölçüde bir dizi kuantum sayısıyla belirlenir.
Yani bir protonun ana manyetik momenti iki akım tarafından yaratılır:
- (+) manyetik moment +2 ile (eħ/m 0 s)
- (-) manyetik moment ile -0,5 (eħ/m 0 s)
Fizik, temel parçacıkların manyetik momentlerinin, elektrik yüklerinin spin dönüşüyle yaratıldığını varsaydığında, bunları ölçmek için uygun birimler önerildi: proton için eh/2m 0pc'dir (proton spininin değerinin 1 olduğunu unutmayın). /2) nükleer magneton olarak adlandırılır. Şimdi anlamsal bir yük taşımadığı için 1/2 çıkarılabilir ve basitçe eh/m 0p c olarak bırakılabilir.
Ancak cidden, temel parçacıkların içinde elektrik akımı yoktur, ancak manyetik alanlar vardır (ve elektrik yükü yoktur, ancak elektrik alanları vardır). Temel parçacıkların gerçek manyetik alanlarını, doğruluk kaybı olmadan, akımların manyetik alanlarıyla (temel parçacıkların gerçek elektrik alanlarını elektrik yük alanlarıyla) değiştirmek imkansızdır - bu alanlar farklı bir yapıya sahiptir. Burada başka elektrodinamikler de var - Alan Fiziğinin kendisi gibi henüz yaratılmamış olan Alan Fiziğinin Elektrodinamiği.
6 Bir protonun elektrik alanı
6.1 Uzak bölgedeki proton elektrik alanı
Fiziğin protonun elektrik alanının yapısına ilişkin bilgisi, fizik geliştikçe değişti. Başlangıçta bir protonun elektrik alanının +e noktasal elektrik yükünün alanı olduğuna inanılıyordu. Bu alan için şunlar olacaktır:
potansiyel SI sisteminde uzak bölgedeki (r > > r p) bir protonun (A) noktasındaki elektrik alanı tam olarak şuna eşittir: 
tansiyon Uzak bölgedeki proton elektrik alanının E'si (r > > r p) tam olarak SI sisteminde şuna eşittir: 
Nerede N = R/|r| - proton merkezinden gözlem noktası (A) yönünde birim vektör, r - proton merkezinden gözlem noktasına olan mesafe, e - temel elektrik yükü, vektörler kalın harflerle yazılmıştır, ε 0 - elektrik sabiti, r p =Lħ /(m 0~ c ) alan teorisinde bir protonun yarıçapıdır, L alan teorisinde bir protonun ana kuantum sayısıdır, ħ Planck sabitidir, m 0~ alternatif bir elektromanyetik alanın içerdiği kütle miktarıdır. Durgun bir proton, C ışık hızıdır. (GHS sisteminde çarpan yoktur. SI Çarpanı.)
Bu matematiksel ifadeler protonun elektrik alanının uzak bölgesi olan r p için doğrudur, ancak fizik daha sonra bunların geçerliliğinin yakın bölgeye, 10-14 cm mertebesindeki mesafelere kadar uzandığını varsaymıştır.
6.2 Bir protonun elektrik yükleri
20. yüzyılın ilk yarısında fizik, protonun yalnızca bir elektrik yükünün olduğuna ve bunun +e'ye eşit olduğuna inanıyordu.
Kuark hipotezinin ortaya çıkmasından sonra fizik, bir protonun içinde bir değil üç elektrik yükünün bulunduğunu ileri sürdü: iki elektrik yükü +2e/3 ve bir elektrik yükü -e/3. Toplamda bu yükler +e'yi verir. Bunun yapılmasının nedeni, fiziğin protonun karmaşık bir yapıya sahip olduğunu ve +2e/3 yüklü iki yukarı kuarktan ve -e/3 yüklü bir d kuarktan oluştuğunu öne sürmesiydi. Ancak kuarklar ne doğada ne de herhangi bir enerjideki hızlandırıcılarda bulunmuyordu ve ya varlıklarını inandırmak (Standart Model'in destekçilerinin yaptığı gibi) ya da temel parçacıkların başka bir yapısını aramak kaldı. Ancak aynı zamanda fizikte temel parçacıklar hakkındaki deneysel bilgiler sürekli birikiyordu ve yapılanları yeniden düşünmeye yetecek kadar biriktiğinde, temel parçacıkların alan teorisi doğdu.
Temel parçacıkların alan teorisine göre, Kuantum sayısı L>0 olan hem yüklü hem de nötr temel parçacıkların sabit elektrik alanı, karşılık gelen temel parçacığın elektromanyetik alanının sabit bileşeni tarafından yaratılır.(19. yüzyılda fiziğin inandığı gibi, elektrik alanının temel nedeni elektrik yükü değildir, ancak temel parçacıkların elektrik alanları, elektrik yüklerinin alanlarına karşılık gelecek şekildedir). Ve elektrik yükü alanı, dış ve iç yarımküreler arasındaki asimetrinin bir sonucu olarak ortaya çıkar ve zıt işaretli elektrik alanları üretir. Yüklü temel parçacıklar için, uzak bölgede bir temel elektrik yükü alanı oluşturulur ve elektrik yükünün işareti, dış yarımküre tarafından üretilen elektrik alanının işareti ile belirlenir. Yakın bölgede bu alan karmaşık bir yapıya sahiptir ve dipoldür ancak dipol momenti yoktur. Bu alanın bir nokta yük sistemi olarak yaklaşık bir açıklaması için, protonun içinde en az 6 "kuark" gerekli olacaktır - 8 "kuark" alırsak daha doğru olacaktır. Bu tür "kuarkların" elektrik yüklerinin, standart modelin (kuarklarıyla birlikte) dikkate aldığından tamamen farklı olacağı açıktır.
Temel parçacıkların alan teorisi, diğer pozitif yüklü temel parçacıklar gibi protonun da ayırt edilebileceğini ortaya koymuştur. iki elektrik yükü ve buna göre iki elektrik yarıçapı:
- dış sabit elektrik alanının elektrik yarıçapı (yük q + =+1,25e) - r q+ = 4,39 10 -14 cm,
- iç sabit elektrik alanının elektrik yarıçapı (yük q - = -0,25e) - r q- = 2,45 · 10 -14 cm.
Her temel parçacık için elektrik yarıçapının değerleri benzersizdir ve L alan teorisindeki temel kuantum sayısı, geri kalan kütlenin değeri, alternatif elektromanyetik alanda (kuantum mekaniğinin çalıştığı yer) bulunan enerji yüzdesi ile belirlenir. ) ve temel parçacığın elektromanyetik alanının sabit bileşeninin yapısı (temel kuantum numarası L ile verilen tüm temel parçacıklar için aynıdır), harici bir sabit elektrik alanı oluşturur. Elektrik yarıçapı, çevre çevresinde eşit olarak dağıtılan ve benzer bir elektrik alanı oluşturan bir elektrik yükünün ortalama konumunu gösterir. Her iki elektrik yükü de aynı düzlemde (temel parçacığın alternatif elektromanyetik alanının dönme düzlemi) bulunur ve temel parçacığın alternatif elektromanyetik alanının dönme merkeziyle çakışan ortak bir merkeze sahiptir.
6.3 Yakın bölgedeki bir protonun elektrik alanı
Temel bir parçacık içindeki elektrik yüklerinin büyüklüğünü ve konumlarını bilerek, bunların yarattığı elektrik alanını belirlemek mümkündür.
SI sisteminde yakın bölgedeki (r~r p) bir protonun elektrik alanı, vektör toplamı olarak yaklaşık olarak şuna eşittir:
Nerede n+ = r +/|r + | - proton yükünün q + yakın (1) veya uzak (2) noktasından gözlem noktası (A) yönünde birim vektör, N- = R-/|r - | - proton yükünün yakın (1) veya uzak (2) noktasından q birim vektör - gözlem noktası (A) yönünde, r - protonun merkezinden gözlem noktasının izdüşümüne kadar olan mesafe proton düzlemi, q + - harici elektrik yükü +1,25e, q - - dahili elektrik yükü -0,25e, vektörler kalın harflerle vurgulanmıştır, ε 0 - elektrik sabiti, z - gözlem noktasının yüksekliği (A) (proton düzleminden uzaklık) proton düzlemine gözlem noktası), r 0 - normalizasyon parametresi. (GHS sisteminde çarpan yoktur. SI Çarpanı.)
Bu matematiksel ifade, vektörlerin toplamıdır ve bu, iki dağıtılmış elektrik yükünün (+1,25e ve -0,25e) alanı olduğundan, vektör toplama kurallarına göre hesaplanmalıdır. Birinci ve üçüncü terimler yüklerin yakın noktalarına, ikinci ve dördüncü terimler ise uzak noktalara karşılık gelir. Bu matematiksel ifade, protonun sabit alanlarını üreten iç (halka) bölgesinde çalışmaz (eğer iki koşul aynı anda karşılanırsa: ħ/m 0~ c
Elektrik alan potansiyeli SI sisteminde yakın bölgedeki (r~r p) (A) noktasındaki proton yaklaşık olarak şuna eşittir:
Burada r 0 normalleştirme parametresidir ve değeri E formülündeki r 0'dan farklı olabilir. (SGS sisteminde SI Çarpanı faktörü yoktur.) Bu matematiksel ifade protonun iç (halka) bölgesinde çalışmaz. , sabit alanlarını üretiyor (iki koşulun eşzamanlı yürütülmesiyle: ħ/m 0~ c
Her iki yakın alan ifadesi için r 0'ın kalibrasyonu, sabit proton alanları üreten bölgenin sınırında gerçekleştirilmelidir.
7 Proton dinlenme kütlesi
Klasik elektrodinamik ve Einstein formülüne göre kuantum sayısı L>0 olan temel parçacıkların proton da dahil geri kalan kütlesi, elektromanyetik alanlarının enerjisinin eşdeğeri olarak tanımlanır: 
Belirli integralin bir temel parçacığın tüm elektromanyetik alanı üzerinden alındığı durumda, E elektrik alan kuvveti, H manyetik alan kuvvetidir. Burada elektromanyetik alanın tüm bileşenleri dikkate alınır: sabit elektrik alanı, sabit manyetik alan, alternatif elektromanyetik alan. Temel parçacıkların çekim alanı denklemlerinin türetildiği bu küçük ama çok fizik kapasiteli formül, birden fazla masal "teorisini" hurda yığınına gönderecek - bu yüzden bazı yazarları nefret ediyorum.
Yukarıdaki formülden aşağıdaki gibi, Bir protonun geri kalan kütlesinin değeri protonun bulunduğu koşullara bağlıdır. Böylece, bir protonu sabit bir dış elektrik alanına (örneğin bir atom çekirdeği) yerleştirerek, protonun kütlesini ve stabilitesini etkileyecek olan E2'yi etkileyeceğiz. Bir proton sabit bir manyetik alana yerleştirildiğinde de benzer bir durum ortaya çıkacaktır. Bu nedenle, atom çekirdeği içindeki bir protonun bazı özellikleri, alanlardan uzakta, vakumdaki serbest protonun özelliklerinden farklıdır.
8 Proton ömrü
Fiziğin belirlediği proton ömrü, serbest bir protona karşılık gelir.
Temel parçacıkların alan teorisi şunları belirtir: Temel bir parçacığın ömrü bulunduğu koşullara bağlıdır. Bir protonu harici bir alana (elektrik gibi) yerleştirerek, onun elektromanyetik alanında bulunan enerjiyi değiştiririz. Protonun iç enerjisinin artması için dış alanın işaretini seçebilirsiniz. Protonun bir nötron, pozitron ve elektron nötrinosuna bozunması ve dolayısıyla protonun kararsız hale gelmesi mümkün hale gelecek şekilde dış alan kuvvetinin böyle bir değerini seçmek mümkündür. Komşu protonların elektrik alanının çekirdekteki protonun bozunumunu tetiklediği atom çekirdeğinde gözlemlenen durum tam olarak budur. Çekirdeğe ek enerji verildiğinde, proton bozunmaları daha düşük bir dış alan kuvvetinde başlayabilir.
İlginç bir özellik: Atom çekirdeğindeki bir protonun bozunması sırasında, çekirdeğin elektromanyetik alanında, elektromanyetik alanın enerjisinden bir pozitron doğar - "madde" (proton) "antimadde" (pozitron) doğar. !!! ve bu kimseyi şaşırtmıyor.
9 Standart Model hakkındaki gerçek
Şimdi, Standart Model destekçilerinin, Yeni Fizik muhaliflerinin destekçilerin bilgilerini acımasızca silebilecekleri (veya çarpıtabilecekleri) "siyasi olarak doğru" sitelerde (dünyanın Wikipedia'sı gibi) yayınlanmasına izin vermeyeceği bilgileri tanıyalım. Yeni Fiziğin bir sonucu olarak GERÇEK siyasetin kurbanı oldu:
1964'te Gellmann ve Zweig bağımsız olarak kuarkların varlığına dair bir hipotez öne sürdüler ve kendi görüşlerine göre hadronlar bundan oluştu. Yeni parçacıklara doğada bulunmayan kesirli bir elektrik yükü verildi.
Leptonlar, daha sonra Standart Model haline gelecek olan bu Kuark modeline UYMADI ve bu nedenle gerçek anlamda temel parçacıklar olarak kabul edildi.
Hadrondaki kuarkların bağlantısını açıklayabilmek için doğada güçlü etkileşimlerin ve onun taşıyıcıları olan gluonların varlığı varsayılmıştır. Gluonlar, Kuantum Teorisi'nde beklendiği gibi, birim dönüşe, parçacık ve antiparçacık özdeşliğine ve tıpkı bir foton gibi sıfır dinlenme kütlesine sahipti.
Gerçekte, doğada varsayımsal kuarkların güçlü bir etkileşimi yoktur, ancak nükleonların nükleer kuvvetleri vardır ve bunlar farklı kavramlardır.
50 yıl geçti. Kuarklar doğada hiç bulunmadı ve bizim için “Hapsetme” adında yeni bir matematik masalı icat edildi. Düşünen bir kişi, bunda doğanın temel kanunu olan enerjinin korunumu kanununun bariz bir şekilde göz ardı edildiğini kolaylıkla görebilir. Ancak düşünen bir kişi bunu yapacak ve hikaye anlatıcıları kendilerine uygun bir mazeret buldular.
Gluonlar da doğada BULUNMAMAKTADIR. Gerçek şu ki, yalnızca vektör mezonlar (ve mezonların uyarılmış durumlarından bir tanesi daha) doğada birim dönüşe sahip olabilir, ancak her vektör mezonun bir antiparçacığı vardır. - Bu yüzden vektör mezonlar "gluonlar" için uygun adaylar değildir. Mezonların ilk dokuz uyarılmış durumu kalır, ancak bunlardan 2'si Standart Modelin kendisiyle çelişir ve Standart Model bunların doğadaki varlığını kabul etmez ve geri kalanı fizik tarafından iyi incelenmiştir ve bunları devretmek mümkün olmayacaktır. muhteşem gluonlar gibi. Son bir seçenek daha var: bir çift leptonun (müonlar veya tau leptonlar) bağlı durumunu bir gluon olarak aktarmak - ancak bu bile bozunum sırasında hesaplanabilir.
Bu yüzden, Doğada kuarklar ve hayali güçlü etkileşimler olmadığı gibi, doğada da gluonlar yoktur..
Standart Model'i destekleyenlerin bunu anlamadığını düşünüyorsunuz; hâlâ anlıyorlar, ancak on yıllardır yaptıklarının yanlış olduğunu kabul etmek mide bulandırıcı. Bu yüzden yeni matematik masalları görüyoruz (sicim “teorisi” vb.).
10 Yeni fizik: Proton - özet
Makalenin ana bölümünde peri kuarklar (peri gluonlarla) hakkında ayrıntılı olarak konuşmadım, çünkü bunlar doğada OLMADI ve kafanızı peri masallarıyla (gereksiz yere) doldurmanın bir anlamı yok - ve temel unsurları olmadan temel: gluonlu kuarklar, standart model çöktü - fizikteki hakimiyeti TAMAMLANDI (bkz. Standart Model).
Elektromanyetizmanın doğadaki yerini istediğiniz kadar görmezden gelebilirsiniz (her adımda onunla karşılaşabilirsiniz: ışık, termal radyasyon, elektrik, televizyon, radyo, hücresel dahil telefon iletişimi, İnternet, olmasaydı insanlığın haberi bile olmazdı) Alan Teorisi temel parçacıklarının varlığı, ...) ve iflas etmiş olanların yerine yeni masallar icat etmeye devam ederek onları bilim olarak tanıtmaya devam edin; Standart Model ve Kuantum Teorisinin ezberlenmiş MASALLARINI daha iyi kullanıma layık bir ısrarla tekrarlamaya devam edebilirsiniz; ancak doğadaki elektromanyetik alanlar, masalsı sanal parçacıklar ve elektromanyetik alanların yarattığı yerçekimi olmadan gayet iyi olabilir, öyledir, olacaktır ve olabilir, ancak peri masallarının bir doğum zamanı ve insanları etkilemeyi bıraktıkları bir zaman vardır. Doğaya gelince, Nobel Fizik Ödülü onlara verilse bile, masalları veya insanın herhangi bir edebi faaliyetini umursamıyor. Doğa nasıl yapılandırıldıysa öyle yapılandırılmıştır ve FİZİK-BİLİM'in görevi onu anlamak ve anlatmaktır.
Artık önünüzde yeni bir dünya açıldı - 20. yüzyıl fiziğinin varlığından bile şüphelenmediği dipol alanların dünyası. Protonun bir değil iki elektrik yüküne (dış ve iç) ve bunlara karşılık gelen iki elektrik yarıçapına sahip olduğunu gördünüz. Protonun geri kalan kütlesinin nelerden oluştuğunu ve hayali Higgs bozonunun devre dışı kaldığını gördünüz (Nobel Komitesi'nin kararları henüz doğa kanunları değil...). Üstelik kütlenin büyüklüğü ve ömrü protonun bulunduğu alanlara bağlıdır. Serbest bir protonun kararlı olması onun her zaman ve her yerde kararlı kalacağı anlamına gelmez (atom çekirdeğinde proton bozunmaları gözlenir). Bütün bunlar yirminci yüzyılın ikinci yarısında fiziğe hakim olan kavramların ötesine geçiyor. - 21. yüzyılın fiziği - Yeni fizik, maddeyle ilgili yeni bir bilgi düzeyine doğru ilerliyor ve yeni ilginç keşifler bizi bekliyor.
Vladimir Gorunoviç
