Neutron ( grimcë elementare)

Ky artikull është shkruar nga Vladimir Gorunovich për sitin "Wikiknowledge", i vendosur në këtë faqe për të mbrojtur informacionin nga vandalët, dhe më pas është plotësuar në këtë faqe.

Teoria e fushës së grimcave elementare, duke vepruar brenda kuadrit të SHKENCËS, mbështetet në një themel të provuar nga FIZIKA:

• elektrodinamika klasike,
• Mekanika kuantike,
• Ligjet e ruajtjes janë ligjet themelore të fizikës.

Për të përdorur grimcat elementare që nuk ekzistojnë në natyrë, për të shpikur ndërveprime themelore që nuk ekzistojnë në natyrë, ose për të zëvendësuar ndërveprimet që ekzistojnë në natyrë me ato përrallore, për të injoruar ligjet e natyrës, duke bërë manipulime matematikore mbi to (duke krijuar pamja e shkencës) - kjo është pjesa e përrallave që maskohen si shkencë. Si rezultat, fizika rrëshqiti në botën e përrallave matematikore.

1 Rrezja e neutronit
2 Momenti magnetik i neutronit
3 Fusha elektrike neutron
4 Masa e pushimit neutron
5 Jetëgjatësia e neutronit
6 Fizikë e re: Neutron (grimcë elementare) - rezultat

Neutron - grimcë elementare numri kuantik L=3/2 (spin = 1/2) - grupi i barionit, nëngrupi i protoneve, ngarkesa elektrike +0 (sistematizimi me teoria e fushës grimcat elementare).

Sipas teorisë së fushës së grimcave elementare (një teori e ndërtuar mbi një bazë shkencore dhe e vetmja që mori spektrin e saktë të të gjitha grimcave elementare), neutroni përbëhet nga një elektro alternative e polarizuar rrotulluese. fushë magnetike me një komponent konstant. Të gjitha pohimet e pavërtetuara të Modelit Standard se neutroni supozohet se përbëhet nga kuarke nuk kanë asnjë lidhje me realitetin. - Fizika ka vërtetuar eksperimentalisht se neutroni ka fusha elektromagnetike (vlera zero e totalit ngarkesë elektrike, nuk do të thotë ende mungesë e një fushe elektrike dipole, të cilën edhe Modeli Standard indirekt duhej ta pranonte duke futur ngarkesa elektrike për elementët e strukturës së neutronit), si dhe një fushë gravitacionale. Fakti që grimcat elementare nuk posedojnë vetëm - por përbëhen nga fusha elektromagnetike, fizika e mendoi shkëlqyeshëm 100 vjet më parë, por nuk ishte e mundur të ndërtohej një teori deri në vitin 2010. Tani, në vitin 2015, u shfaq edhe teoria e gravitetit të grimcave elementare, e cila vendosi natyrën elektromagnetike të gravitetit dhe mori ekuacionet e fushës gravitacionale të grimcave elementare, të ndryshme nga ekuacionet e gravitetit, në bazë të të cilave më shumë se një matematikore u ndërtua përralla në fizikë.

Struktura e fushës elektromagnetike të neutronit (E-fushë elektrike konstante, H-fushë magnetike konstante, e verdhe vihet re një fushë elektromagnetike e ndryshueshme).

Bilanci i energjisë (përqindja e energjisë totale të brendshme):

• fushë elektrike konstante (E) - 0,18%,
• fushë magnetike e përhershme (H) - 4,04%,
• fushë elektromagnetike e alternuar - 95,78%.

Pavarësisht ngarkesës elektrike zero, neutroni ka një fushë elektrike dipole.

1 Rrezja e neutronit

Teoria e fushës së grimcave elementare përcakton rrezen (r) të një grimce elementare si distancë nga qendra në pikën ku arrihet dendësia maksimale e masës.

Për një neutron, kjo do të jetë 3,3518 ∙ 10 -16 m. Kësaj duhet t'i shtojmë trashësinë e shtresës së fushës elektromagnetike 1,0978 ∙ 10 -16 m.

Atëherë do të jetë 4,4496 ∙10 -16 m. Kështu, kufiri i jashtëm i neutronit duhet të jetë i vendosur në një distancë prej më shumë se 4,4496 ∙10 -16 m nga qendra. Rezultati është një vlerë pothuajse e barabartë me rrezen e proton, dhe kjo nuk është për t'u habitur. Përcaktohet rrezja e një grimce elementare numër kuantik L dhe vlera e masës së mbetur. Të dy grimcat kanë të njëjtin grup numrash kuantikë L dhe M L, dhe masat e mbetura ndryshojnë pak.

2 Momenti magnetik i neutronit

Një kundërpeshë teoria kuantike Teoria e fushës së grimcave elementare thotë se fushat magnetike të grimcave elementare nuk krijohen nga rrotullimi i rrotullimit të ngarkesave elektrike, por ekzistojnë njëkohësisht me një fushë elektrike konstante si një përbërës konstant i fushës elektromagnetike. Prandaj, të gjitha grimcat elementare me numër kuantik L>0 kanë fusha magnetike.

Teoria e fushës së grimcave elementare nuk e konsideron momentin magnetik të neutronit si anomal - vlera e tij përcaktohet nga një grup numrash kuantikë në masën që Mekanika kuantike punon në një grimcë elementare.

Pra, momenti magnetik i neutronit krijohet nga rryma:

• (0) me moment magnetik -1 eħ/m 0n c

3 Fusha elektrike neutron

Pavarësisht ngarkesës elektrike zero, sipas teorisë së fushës së grimcave elementare, neutroni duhet të ketë një fushë elektrike konstante. Fusha elektromagnetike që përbën neutronin ka një përbërës konstant, dhe, për rrjedhojë, neutroni duhet të ketë një fushë magnetike konstante dhe një fushë elektrike konstante. Meqenëse ngarkesa elektrike është zero, fusha elektrike konstante do të jetë dipole. Domethënë, neutroni duhet të ketë një fushë elektrike konstante të ngjashme me fushën e dy ngarkesave elektrike paralele të shpërndara me madhësi të barabartë dhe shenjë të kundërt. Në distanca të mëdha, fusha elektrike e neutronit do të jetë praktikisht e padukshme për shkak të kompensimit të ndërsjellë të fushave të të dy shenjave të ngarkesës. Por në distanca të rendit të rrezes së neutronit, kjo fushë do të ketë një efekt të rëndësishëm në ndërveprimet me grimcat e tjera elementare të madhësive të ngjashme. Para së gjithash, kjo ka të bëjë me ndërveprimin në bërthamat atomike neutron me proton dhe neutron me neutron. Për ndërveprimin neutron - neutron, këto do të jenë forca refuzuese me të njëjtin drejtim rrotullimesh dhe forca tërheqëse me drejtim të kundërt të rrotullimeve. Për bashkëveprimin neutron - proton, shenja e forcës varet jo vetëm nga orientimi i rrotullimeve, por edhe nga zhvendosja midis planeve të rrotullimit të fushave elektromagnetike të neutronit dhe protonit.
Pra, neutroni duhet të ketë një fushë elektrike dipole me dy ngarkesa elektrike unaze simetrike paralele të shpërndara (+0,75e dhe -0,75e), me rreze mesatare të vendosura në distancë

Momenti i dipolit elektrik i neutronit (sipas teorisë së fushës së grimcave elementare) është i barabartë me:

ku ħ është konstanta e Plankut, L është numri kuantik kryesor në teorinë e fushës së grimcave elementare, e është ngarkesa elektrike elementare, m 0 është masa e pushimit të neutronit, m 0~ është masa e pushimit të neutronit të mbyllur në një fushë elektromagnetike e alternuar, c është shpejtësia e dritës, P - vektori i momentit të dipolit elektrik (pingul me rrafshin e neutronit, kalon nëpër qendrën e grimcës dhe drejtohet drejt ngarkesës elektrike pozitive), s - distanca mesatare ndërmjet ngarkesave, r e - elektrike rrezja e grimcës elementare.

Siç mund ta shihni, ngarkesat elektrike janë të përafërta në madhësi me ngarkesat e kuarkeve të supozuara (+2/3e=+0,666e dhe -2/3e=-0,666e) në neutron, por ndryshe nga kuarkët, fusha elektromagnetike ekzistojnë në natyrë. , dhe një strukturë e ngjashme e konstantës çdo grimcë elementare neutrale ka një fushë elektrike, pavarësisht nga madhësia e rrotullimit dhe... .

Potenciali i fushës së dipolit elektrik të neutronit në pikën (A) (në zonën e afërt 10s > r > s afërsisht), në sistemin SI është:

ku θ është këndi ndërmjet vektorit të momentit dipol P dhe drejtimi në pikën e vëzhgimit A, r 0 - parametri i normalizimit i barabartë me r 0 =0,8568Lħ/(m 0~ c), ε 0 - konstante elektrike, r - distanca nga boshti (rotacioni i fushës elektromagnetike alternative) të grimca elementare në pikën e vëzhgimit A, h është distanca nga rrafshi i grimcës (që kalon nëpër qendrën e saj) deri në pikën e vëzhgimit A, h e është lartësia mesatare e ngarkesës elektrike në një grimcë elementare neutrale (e barabartë me 0,5 s) , |...| është moduli i numrit, P n është madhësia e vektorit P n. (Nuk ka shumëzues në sistemin CGS.)

Forca E e fushës së dipolit elektrik të neutronit (në zonën e afërt 10s > r > s afërsisht), në sistemin SI është:

ku n=r/|r| - një vektor njësi nga qendra e dipolit në drejtim të pikës së vëzhgimit (A), pika (∙) tregon produktin skalar, vektorët janë me shkronja të zeza. (Nuk ka shumëzues në sistemin CGS.)

Përbërësit e forcës së fushës së dipolit elektrik të neutronit (në zonën e afërt 10s>r>s afërsisht) gjatësore (| |) (përgjatë vektorit të rrezes të tërhequr nga dipoli në pikë e dhënë) dhe tërthor (_|_) në sistemin SI:

Ku θ është këndi ndërmjet drejtimit të vektorit të momentit dipol P n dhe vektori i rrezes deri në pikën e vëzhgimit (nuk ka shumëzues në sistemin CGS).

Komponenti i tretë i forcës së fushës elektrike është ortogonal me rrafshin në të cilin shtrihet vektori i momentit të dipolit P n e neutronit dhe vektorit të rrezes, - është gjithmonë e barabartë me zero.

Energjia potenciale U e bashkëveprimit të fushës së dipolit elektrike të neutronit (n) me fushën elektrike të dipolit të një grimce tjetër elementare neutrale (2) në pikën (A) në zonën e largët (r>>s), në Sistemi SI është:

ku θ n2 është këndi ndërmjet vektorëve të momenteve të dipolit elektrik P n dhe P 2, θ n është këndi ndërmjet vektorit të dipolit moment elektrik P n dhe vektor r, θ 2 - këndi ndërmjet vektorit të momentit elektrik të dipolit P 2 dhe vektor r, r- një vektor nga qendra e momentit elektrik të dipolit p n në qendrën e momentit elektrik të dipolit p 2 (deri në pikën e vëzhgimit A). (Nuk ka shumëzues në sistemin CGS)

Parametri i normalizimit r 0 është futur për të zvogëluar devijimin e vlerës së E nga ajo e llogaritur duke përdorur elektrodinamikën klasike dhe llogaritjen integrale në zonën e afërt. Normalizimi ndodh në një pikë të shtrirë në një rrafsh paralel me rrafshin e neutronit, i largët nga qendra e neutronit në një distancë (në rrafshin e grimcës) dhe me një zhvendosje lartësie prej h=ħ/2m 0~c, ku m 0~ është vlera e masës së mbyllur në një fushë elektromagnetike alternative neutron në pushim (për një neutron m 0~ = 0,95784 m. Për çdo ekuacion, parametri r 0 llogaritet në mënyrë të pavarur. Si vlerë të përafërt, mund të merrni rrezja e fushës:

Nga të gjitha sa më sipër, rezulton se fusha e dipolit elektrike e neutronit (ekzistenca e së cilës në natyrë, fizika e shekullit të 20-të as nuk e dinte), sipas ligjeve të elektrodinamikës klasike, do të ndërveprojë me grimcat elementare të ngarkuara. .

4 Masa e pushimit neutron

Në përputhje me elektrodinamikën klasike dhe formulën e Ajnshtajnit, masa e mbetur e grimcave elementare me numër kuantik L>0, duke përfshirë neutronin, përcaktohet si ekuivalenti i energjisë i fushave të tyre elektromagnetike:

ku integrali i caktuar merret mbi të gjithë fushën elektromagnetike të grimcës elementare, E është forca e fushës elektrike, H është forca e fushës magnetike. Këtu merren parasysh të gjithë përbërësit e fushës elektromagnetike: një fushë elektrike konstante (që ka neutroni), një fushë magnetike konstante, një fushë elektromagnetike alternative. Kjo formulë e vogël, por shumë e madhe për fizikën, në bazë të së cilës përftohen ekuacionet e fushës gravitacionale të grimcave elementare, do të dërgojë në skrap më shumë se një "teori" përrallore - prandaj, disa nga autorët e tyre do ta urrejnë atë.

Siç vijon nga formula e mësipërme, vlera e masës së mbetur të neutronit varet nga kushtet në të cilat ndodhet neutroni. Pra, duke vendosur një neutron në një fushë elektrike të jashtme konstante (për shembull, një bërthamë atomike), ne do të ndikojmë në E 2, e cila do të ndikojë në masën e neutronit dhe stabilitetin e tij. Një situatë e ngjashme do të lindë kur një neutron vendoset në një fushë magnetike konstante. Prandaj, disa veti të një neutroni brenda një bërthame atomike ndryshojnë nga të njëjtat veti të një neutroni të lirë në vakum, larg fushave.

5 Jetëgjatësia e neutronit

Jetëgjatësia prej 880 sekondash, e përcaktuar nga fizika, korrespondon me një neutron të lirë.

Teoria e fushës së grimcave elementare thotë se jetëgjatësia e një grimce elementare varet nga kushtet në të cilat ajo ndodhet. Duke vendosur një neutron në një fushë të jashtme (për shembull, magnetike) ne ndryshojmë energjinë që gjendet në fushën e tij elektromagnetike. Ju mund të zgjidhni drejtimin e fushës së jashtme në mënyrë që energjia e brendshme neutroni është ulur. Si rezultat, më pak energji do të çlirohet gjatë zbërthimit të një neutroni, gjë që do të komplikojë zbërthimin dhe do të rrisë jetëgjatësinë e një grimce elementare. Është e mundur të zgjidhet një vlerë e tillë e forcës së fushës së jashtme që prishja e neutronit do të kërkojë energji shtesë dhe, rrjedhimisht, neutroni do të bëhet i qëndrueshëm. Kjo është pikërisht ajo që vërehet në bërthamat atomike (për shembull, deuteriumi), në të cilat fusha magnetike e protoneve fqinje nuk lejon prishjen e neutroneve në bërthamë. Nga ana tjetër, kur energjia shtesë futet në bërthamë, zbërthimi i neutronit përsëri mund të bëhet i mundur.

6 Fizika e re: Neutron (grimca elementare) - rezultat

Modeli Standard (i hequr nga ky artikull, por pretendohet të jetë i vërtetë në shekullin e 20-të) thotë se neutroni është një gjendje e lidhur e tre kuarkeve: një "lart" (u) dhe dy "poshtë" (d) kuarke (kuarku i propozuar struktura e neutronit: udd ). Meqenëse prania e kuarkeve në natyrë nuk është vërtetuar eksperimentalisht, një ngarkesë elektrike e barabartë në madhësi me ngarkesën e kuarkeve hipotetike nuk është gjetur në natyrë dhe ka vetëm prova indirekte që mund të interpretohen si prania e gjurmëve të kuarkeve në disa ndërveprime të grimcave elementare, por gjithashtu mund të interpretohen ndryshe, atëherë deklarata Modeli Standard se neutroni ka një strukturë kuarku mbetet vetëm një supozim i paprovuar. Çdo model, duke përfshirë atë Standard, ka të drejtë të marrë çdo strukturë të grimcave elementare, duke përfshirë neutronin, por derisa grimcat përkatëse që supozohet se përbëhen nga neutroni të gjenden në përshpejtuesit, deklarata e modelit duhet të konsiderohet e pavërtetuar.

Modeli Standard, duke përshkruar neutronin, prezanton kuarke me gluone që nuk gjenden në natyrë (askush nuk ka gjetur gluone), fusha dhe ndërveprime që nuk ekzistojnë në natyrë dhe bie në kundërshtim me ligjin e ruajtjes së energjisë;

Teoria e fushës së grimcave elementare ( Fizika e re) përshkruan neutronin bazuar në fushat dhe ndërveprimet që ekzistojnë në natyrë brenda kuadrit të ligjeve që veprojnë në natyrë - kjo është SHKENCA.

Vladimir Gorunovich

Faqe 1

Ngarkesa e neutronit është zero. Rrjedhimisht, neutronet nuk luajnë një rol në madhësinë e ngarkesës së bërthamës së një atomi. Numri serial i kromit është i barabartë me të njëjtën vlerë.

Ngarkesa e protonit qp e Ngarkesa e neutronit është e barabartë me zero.

Është e lehtë të shihet se në këtë rast ngarkesa e neutronit është zero, dhe ajo e protonit është 1, siç pritej. Janë marrë të gjitha barionet e përfshira në dy familje - tetë dhe dhjetë. Mesonët përbëhen nga një kuark dhe një antikuark. Shiriti tregon antikuarkë; ngarkesa e tyre elektrike ndryshon në shenjë nga ajo e kuarkut përkatës. Një kuark i çuditshëm nuk hyn në një pi-mezon, pi-mezonet, siç kemi thënë tashmë, janë grimca me çuditshmëri dhe rrotullim të barabartë me zero.

Që nga ngarkesa e protonit e barabartë me ngarkesën elektroni dhe ngarkesa e një neutroni është e barabartë me një plumb, atëherë nëse fikni bashkëveprimin e fortë, ndërveprimi i protonit me fushë elektromagnetike A do të jetë ndërveprimi i zakonshëm i një grimce Dirak - Yp / V Për një neutron, ndërveprimi elektromagnetik do të mungonte.

Emërtimet: 67 - ndryshimi i ngarkesës midis elektronit dhe protonit; q është ngarkesa e neutronit; qg është vlera absolute e ngarkesës së elektronit.

Bërthama përbëhet nga grimca elementare të ngarkuara pozitivisht - protone dhe jo transportuesit e ngarkesave neutronet.

Baza e ideve moderne për strukturën e materies është pohimi i ekzistencës së atomeve të materies, të përbërë nga protone të ngarkuar pozitivisht dhe neutrone pa ngarkesë, që formojnë një bërthamë të ngarkuar pozitivisht dhe elektrone të ngarkuar negativisht që rrotullohen rreth bërthamës. Nivelet energjetike të elektroneve, sipas kësaj teorie, janë të natyrës diskrete dhe humbja ose përvetësimi i disa energjive shtesë prej tyre konsiderohet si një kalim nga ajo e lejuar. niveli i energjisë një tjetër. Në këtë rast, natyra diskrete e niveleve të energjisë elektronike bëhet arsyeja për të njëjtin thithje diskrete ose emetim të energjisë nga një elektron gjatë kalimit nga një nivel energjie në tjetrin.

Ne supozuam se ngarkesa e një atomi ose molekule përcaktohet plotësisht nga shuma skalare q Z (q Nqn, ku Z është numri i çifteve elektron-proton, (q qp - qe është ndryshimi në ngarkesat e elektronit dhe protonit , N është numri i neutroneve, dhe qn është ngarkesa e neutronit.

Ngarkesa bërthamore përcaktohet vetëm nga numri i protoneve Z, dhe numri i masës së tij A përkon me numrin e përgjithshëm të protoneve dhe neutroneve. Meqenëse ngarkesa e neutronit është zero, ndërveprimin elektrik sipas ligjit të Kulombit midis dy neutroneve, si dhe midis një protoni dhe një neutroni mungon. Në të njëjtën kohë, midis dy protoneve, forcë elektrike zmbrapsje.

Më tej, brenda kufijve të saktësisë së matjes, nuk është regjistruar asnjë proces i vetëm përplasjeje, në të cilin nuk do të respektohej ligji i ruajtjes së ngarkesës. Për shembull, papërkulshmëria e neutroneve në homogjene fushat elektrike na lejon të konsiderojmë ngarkesën e neutronit të barabartë me zero me një saktësi prej 1 (H7 të ngarkesës së elektronit.

Ne kemi thënë tashmë se ndryshimi midis momentit magnetik të një protoni dhe një magnetoni bërthamor është një rezultat i mahnitshëm. Edhe më befasuese (Duket se ka një moment magnetik për një neutron pa ngarkesë.

Është e lehtë të shihet se këto forca nuk reduktohen në asnjë nga llojet e forcave të konsideruara në pjesët e mëparshme të kursit të fizikës. Në të vërtetë, nëse supozojmë, për shembull, se forcat gravitacionale veprojnë midis nukleoneve në bërthama, atëherë është e lehtë të llogaritet nga masat e njohura të protoneve dhe neutroneve se energjia e lidhjes për grimcë do të jetë e papërfillshme - do të jetë 1036 herë më pak se ajo e vërejtur. eksperimentalisht. Supozimi për karakterin elektrik gjithashtu zhduket. forcat bërthamore. Në të vërtetë, në këtë rast është e pamundur të imagjinohet një bërthamë e qëndrueshme e përbërë nga një proton i vetëm i ngarkuar dhe pa ngarkesë të një neutroni.

Lidhja e fortë që ekziston midis nukleoneve në bërthamë tregon praninë në bërthamat atomike të forcave speciale, të ashtuquajturat bërthamore. Është e lehtë të shihet se këto forca nuk reduktohen në asnjë nga llojet e forcave të konsideruara në pjesët e mëparshme të kursit të fizikës. Në të vërtetë, nëse supozojmë, për shembull, se forcat gravitacionale veprojnë midis nukleoneve në bërthama, atëherë është e lehtë të llogaritet nga masat e njohura të protonit dhe neutronit se energjia e lidhjes për grimcë do të jetë e papërfillshme - do të jetë 1038 herë më pak se që vëzhgohen eksperimentalisht. Supozimi për natyrën elektrike të forcave bërthamore gjithashtu zhduket. Në të vërtetë, në këtë rast është e pamundur të imagjinohet një bërthamë e qëndrueshme e përbërë nga një proton i vetëm i ngarkuar dhe pa ngarkesë të një neutroni.

NEUTRONI. Në vitin 1930, shkencëtarët gjermanë W. Bothe dhe G. Becker u hutuan nga ky fenomen. Duke bombarduar një pjatë beriliumi metalik me grimca alfa, ata zbuluan rrezatim shumë të dobët, por çuditërisht depërtues që dilte nga objektivi, i cili madje edhe ekranet prej plumbi me dhjetëra centimetra të trasha, të cilat bllokonin rrezatimin më të fuqishëm gama, nuk mund të dobësoheshin dukshëm.
Fizikantët e talentuar francezë Frederic Jo-liot dhe Irene Curie vunë re një fakt edhe më kurioz. Nëse në rrugën e këtij rrezatimi të çuditshëm vendosej një pjatë parafine, një substancë e pasur me hidrogjen, atëherë protonet, bërthamat e atomeve të hidrogjenit, fillonin të fluturonin nga parafina me shpejtësi të madhe, dhe për rrjedhojë me energji të madhe.
Grimcat alfa u mbërthyen plotësisht në pjatën e beriliumit dhe nuk mund të futeshin në parafinë. Heqja e protoneve me një energji prej rreth 50 MeV nga parafina do të ishte përtej fuqisë së rrezeve gama. Në këtë rast, çfarë lloj “artilerie” super të fuqishme u shfaq papritur në berilium dhe me çfarë “predha” qëllonte mbi parafinë?
Studenti i Rutherford, fizikani anglez J. Chadwick, i cili kishte studiuar për një kohë të gjatë rrezatimin misterioz, më në fund arriti në përfundimin e vetëm të mundshëm dhe të saktë: të mos ketë ngarkesë elektrike, as pozitive dhe as negative. Këto grimca më vonë u quajtën neutrone.
Për shkak të mungesës së një ngarkese elektrike, çdo substancë bëhet, si të thuash, "transparente" për neutronin. Ai me qetësi kapërcen të gjitha linjat mbrojtëse të atomit: dhe të jashtmen shtresë elektronike, e cila zmbraps çdo grimcë të ngarkuar negativisht me forcë të madhe dhe ngarkesën totale pozitive të bërthamës atomike, e cila hedh mënjanë edhe një grimcë të rëndë alfa që lëviz me shpejtësi të madhe.
Zbulimi i neutronit zgjidhi misterin e peshës së pakuptueshme dhe "të palogjikshme" të bërthamave atomike me një rritje të ngarkesës së tyre pozitive vetëm me një dhe lejoi shkencëtarin sovjetik D. D. Ivanenko dhe shkencëtarin gjerman W. Heisenberg të propozonin në vitin 1932 një të ri. modeli i strukturës së bërthamës atomike, në të cilën gjithçka doli të ishte "e thjeshtë dhe e qartë".
Sipas këtij modeli, bërthamat e të gjitha atomeve përbëhen nga protone dhe neutrone. Numri i protoneve është i barabartë me numrin atomik të elementit në sistemin periodik të D. I. Mendeleev, dhe masat e protoneve dhe neutroneve të bashkuara janë të barabarta me masën e tij atomike, ose numri masiv(shih Nucleon). Për shembull, bërthama e një atomi të heliumit, e njohur si grimca alfa, përbëhet nga dy protone, të cilët i japin atij dy ngarkesa elektrike pozitive dhe dy neutrone. Numri total protonet dhe neutronet është katër, që është saktësisht e barabartë me peshën e saj atomike, e cila për një kohë të gjatë shkaktoi hutim të shkencëtarëve. Në mënyrë të ngjashme, bërthama e një atomi litium përmban tre protone (numri atomik 3) dhe tre neutrone, të cilat shtojnë një peshë atomike prej gjashtë për elementin.
Zbulimi i neutronit shpjegon shumë thjesht një mister tjetër - ekzistencën e izotopeve. Si shembull, mund të marrim elementin kimik më të thjeshtë në natyrë - hidrogjenin, bërthama e të cilit përbëhet nga një proton i vetëm. Nganjëherë quhet protium. Më pas vjen izotopi i rëndë i hidrogjenit, i cili ka një proton dhe një neutron në bërthamë, me masë atomike e barabartë me dy. Ky izotop i hidrogjenit quhet deuterium. Së fundi, ekziston një shumë e rrallë, pothuajse e pa gjetur në natyrë, tepër e rëndë dhe tashmë izotopi radioaktiv hidrogjeni, në bërthamën e të cilit ka dy neutrone për proton. E quajtën tritium.
Modeli i ri i strukturës së bërthamës atomike, në përshkrimin tonë, ndoshta edhe shumë i thjeshtuar, shpjegoi pothuajse plotësisht faktet e shumta të grumbulluara nga fizika, dhe më e rëndësishmja, hapi mënyra të reja për të pushtuar shenjtëroren e atomit - bërthamën e tij. dhe, siç ishte zakon në shkencë, në mënyrë tinëzare u hodhën poshtë në mistere, kontradikta dhe mrekulli të vërteta të reja, edhe më të thella! Të numërosh këto veçori dhe mrekulli do të ishte thjesht të rrëfente nga fillimi në fund të gjithë modernen. fizika bërthamore. Prandaj, këtu do të kufizohemi në një histori rreth asaj që lidhet pak a shumë drejtpërdrejt dhe menjëherë me neutronin.
Për shembull, pse bërthama e një atomi, i cili së bashku me neutronet përfshin edhe protone të ngarkuar pozitivisht, nuk shpërbëhet nën veprimin e forcave të vërteta refuzuese titanike të ngarkesave protonike me të njëjtin emër (duke pasur parasysh distancat e vogla ndërmjet tyre)? Vetëm shumë më vonë u konstatua se brenda bërthamës veprojnë të ashtuquajturat forca intranukleare, pavarësisht nëse janë të ngarkuara apo neutrale, të veçanta, ndryshe nga çdo gjë tjetër, duke i tërhequr këto grimca me njëra-tjetrën, pavarësisht nëse ato janë të ngarkuara apo neutrale, dhe se këto forca, duke vepruar jashtëzakonisht distancat e vogla i tejkalojnë forcat refuzuese të të gjithë protoneve të marra së bashku. Pa këto forca, grimcat bërthamore do të ishin shpërndarë shumë kohë më parë, por përkundrazi, ato nuk do të ishin mbledhur kurrë së bashku (shih Forcat Bërthamore).
Por në natyrë nuk ka dhe nuk mund të ekzistojë trupa, qoftë edhe në madhësinë e grimcave bërthamore, të cilat nuk do të ishin në lëvizje të vazhdueshme, në varësi të temperaturës, d.m.th., energjisë së grimcave të materies të përbëra nga këto grimca. Nëse një sasi shtesë energjie hyn në këtë sistem grimcash nga diku jashtë, atëherë grimcat fillojnë të lëvizin shumë më shpejt. Dhe, sigurisht, mund të vijë një moment kur kjo lëvizje të bëhet aq e dhunshme sa që një apo edhe disa grimca do të kenë mundësinë, pasi kanë kapërcyer forcat intranukleare, të hidhen nga sfera e tyre e veprimit. Dhe më pas, tashmë nën veprimin e forcave refuzuese të ngarkesave të ngjashme, kjo grimcë ose disa grimca fluturojnë jashtë bërthamës së atomit.
Nëse, nga ana tjetër, vjen shumë më tepër energji e tepërt, të gjitha grimcat e bërthamës së atomit, pasi janë shtyrë edhe më energjikisht, do të jenë në gjendje të kapërcejnë kufirin misterioz të veprimit të forcave intranukleare. Pastaj thelbi do të ndahet vetë. Sa nga kjo energji e tepërt, apo energjia e ngacmimit, siç e quajnë fizikanët, nevojitet në këtë rast? Sa më pak, aq më e rëndë është bërthama e atomit. Por nga ana tjetër, sa më e rëndë të jetë bërthama e një atomi, aq më shumë energji lëshohet gjatë "kolapsit" të tij:

Bërthamat më të rënda janë gjithashtu më të paqëndrueshmet. Dhe ia vlen t'i "shtyni" pak, domethënë t'u jepni një sasi të vogël energjie të tepërt (në shembullin tonë, 5 MeV), pasi bërthama, e ngopur, si një sfungjer, me energjinë e vet, do të ndahet më tej. vetvetiu!
Kjo mund të bëhet në dy mënyra. Gjëja më e vështirë është të përpiqeni të "përzitni" në bërthamë me forcë çdo grimcë të ngarkuar të rëndë të aftë për të kapërcyer rezistencën e dëshpëruar të ngarkesës totale elektrike pozitive të bërthamës atomike. Por për këtë, energjia fillestare prej 5 MeV padyshim nuk është e mjaftueshme për një proton ose një grimcë alfa. Shumica e grimcave të saj do të shpenzohen për të kapërcyer "mbrojtjen e armaturës" - ngarkesën pozitive të bërthamës së një atomi, për shembull, uranium-235, dhe, të rraskapitur, ata as nuk do të jenë në gjendje ta prekin atë, e lëre më ta ndajnë atë. .
Për më tepër, grimcat e rënda, edhe me një energji të tillë, nuk emetohen nga substanca natyrore radioaktive. Rrjedhimisht, ato duhet të përshpejtohen në energji dhe shpejtësi shumë më të larta artificialisht në instalime speciale - përshpejtuesit e grimcave.
Neutroni posedon mundësi krejt të ndryshme, vërtet të mahnitshme. Meqenëse neutroni nuk mbart ngarkesë elektrike, nuk ka nevojë për energji për të kapërcyer efektin total refuzues të ngarkesës pozitive të bërthamës atomike. Duke përfituar nga neutraliteti i tij, ai depërton lirshëm në bërthamën e një atomi, arrin zonën e tërheqjes së forcave intranukleare dhe tërhiqet në bërthamë. Duke tërhequr një neutron, bërthama fillon një ristrukturim të brendshëm. Në të njëjtën kohë, rezulton të jetë pronar i një tepricë energjie të barabartë me jo 5, por 7 MeV, nga e cila, natyrisht, pasi ka ardhur në një gjendje të ngacmuar, duhet të heqë qafe menjëherë. Rrjedhimisht, shtimi i thjeshtë i një neutroni në bërthamën e një atomi të rëndë të uraniumit-235 fut në të një energji shtesë të barabartë me 7 MeV.
Nga vjen kjo energji e tepërt? Natyrisht, këtu nuk ndodh asnjë mrekulli. Në procesin e rindërtimit të brendshëm të bërthamës së vjetër të një atomi në një të ri, shuma e masave të të gjithë nukleoneve të tij rezulton të jetë disi më e vogël se shuma e masave të nukleoneve të marra veçmas. Për shkak të këtij ndryshimi në masa, shfaqet një sasi ekuivalente energjie (shih Defektin në masë), së pari duke ngacmuar bërthamën dhe më pas duke e çuar atë në ndarje. Rezulton se për këtë neutroni nuk duhet të ketë fare energji fillestare. Është e nevojshme vetëm për ta ndihmuar atë të futet në bërthamën e atomit të dëshiruar, dhe vetëm atje ai, pasi ka mobilizuar rezervat e fshehura të energjisë së bërthamës, do të jetë në gjendje të lëshojë (megjithëse duke humbur pak në masë) energjinë e aftë për të fryrë. lart bërthamës.
Por neutronet që nuk kanë ndonjë energji fillestare të rëndësishme mund të ndajnë bërthamat e jo të gjithë elementëve, por vetëm atyre në të cilët energjia e ngacmimit e nevojshme për ndarjen e tyre është më e vogël se 7 MeV, d.m.th., pikërisht ajo që lirohet gjatë rirregullimit të bërthama, e shkaktuar nga shtimi i një neutroni shtesë në të. Ka pak atome të tilla: këto janë uranium-233, uranium-235, plutonium-239.
Këtu lejohet të pyetet: nga vjen neutroni nga vetitë dhe aftësitë e tilla të pazakonta, thelbësisht të ndryshme nga grimcat e tjera bërthamore, megjithëse ato gjithashtu kanë vetitë e tyre mjaft të mahnitshme?
Origjina e çdo gjëje të pazakontë qëndron në dualitetin - dualizmin e vetive të dritës, e cila sillet edhe si grimca edhe si valë elektromagnetike. Shkencëtarët u emocionuan edhe më shumë nga zbulimi i mëvonshëm i të njëjtave veti të elektronit.Këto zbulime u shpjeguan në mënyrë të përsosur nga teoria e paraqitur në vitin 1900 nga fizikani gjerman Max Planck, sipas së cilës rrezatimi i nxehtësisë ose dritës nga një trup nuk ndodhin vazhdimisht, por në mënyrë diskrete, d.m.th., në pjesë të veçanta, të përcaktuara rreptësisht - kuante, dhe një valë drite, që ka një shtrirje shumë specifike, në disa raste shfaq veti karakteristike të grimcave. Në vitin 1923, fizikani francez Louis de Broglie vendosi atë specifik vetitë e valës e natyrshme në çdo grimcë lëvizëse. Sipas teorisë së tij, gjatësia e valës së çdo grimce është drejtpërdrejt proporcionale me një sasi shumë të vogël të quajtur konstanta e Planck-ut, dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me produktin e masës së grimcës dhe shpejtësisë së saj.
Ky raport duket mjaft i thjeshtë: X = himv. Nga kjo marrëdhënie rezulton se sa më e madhe të jetë masa ose shpejtësia e një grimce, ose të dyja në të njëjtën kohë, aq më e shkurtër është gjatësia e valës e natyrshme në të, dhe anasjelltas.
Ligjet e fizikës nuk tolerojnë përjashtime. Dhe një objekt i makrokozmosit, për shembull, një predhë ose Toka, së bashku me vetitë e "grimcave" duhet të ketë edhe vetitë valore. Por për shkak të masës së tyre të madhe, gjatësia e valës që i korrespondon është aq e vogël sa këto veti valore mund të neglizhohen plotësisht. Neutronet me shpejtësi të lartë kanë një gjatësi vale kaq të shkurtër saqë në fakt sillen si grimca. Disa veçori të sjelljes së tyre "të çuditshme" mund të shpjegohen vetëm nga vetitë e qarta të valës. Por meqenëse masa e neutronit është ende e papërfillshme në krahasim me çdo trup, madje edhe mikroskopikisht të vogël, gjatësia e valës së nëntë bëhet një sasi mjaft e dukshme në mikrokozmos.
Në mënyrë që sjellja e neutronit të tregojë veti të mjaftueshme valore, shpejtësia e tij duhet të jetë sa më e ulët që të jetë e mundur. Mund të ngadalësohet aq shumë sa neutroni të humbasë plotësisht vetitë e grimcave dhe të sillet si një valë e vërtetë.
Për shkak të këtyre veçorive, lindin komplikime të dukshme në përcaktimin e dimensioneve të vërteta të neutronit, sepse, sado e çuditshme mund të duket, ato varen nga shpejtësia e kësaj grimce. Për shembull, diametri i një atomi të zakonshëm është afërsisht (2-4) 10-8 cm Diametri i bërthamës është edhe më i vogël - rreth 2" 10-13 cm. Në mënyrë që gjatësia e valës së neutronit të korrespondojë afërsisht me diametrin të atomit, d.m.th. 10"8 cm, energjia e tij (d.m.th., shpejtësia e lëvizjes) duhet të jetë vetëm rreth 0,1 eV. Një neutron me një energji kaq të ulët përfaqësohet më saktë si një valë 10"8 cm e gjatë, dhe jo si një grimcë me të njëjtat përmasa.
Por atëherë fillojnë paradokset. Një neutron me një gjatësi vale 10-8 cm rezulton të jetë dhjetëra mijëra herë më i madh se bërthama, e cila nga ana tjetër përmban neutrone, dhe jo vetëm një, por ndonjëherë edhe shumë!
Një neutron mund të jetë brenda bërthamës vetëm nëse lëviz me të shpejtësi e lartë J", pra, ka një gjatësi vale të shkurtër. Dhe më shumë shpejtësi, siç e dimë, do të thotë më shumë energji. Prandaj, neutronet që përbëjnë bërthamën kanë një energji prej rreth 50 MeV, që i përgjigjet një gjatësi vale shumë të shkurtër - rreth 10-13 cm.Kjo rrethanë bëri të mundur shpjegimin e sekretit të zbërthimit beta të substancave radioaktive, që ka torturoi gjatë shkencëtarët dhe ngatërroi të gjitha hartat e tyre.
Duke fluturuar në bërthamën e një atomi të huaj për të dhe duke krijuar një trazirë të plotë atje, neutroni nuk mund t'i rezistojë ndërveprimeve më komplekse që kanë lindur, ekuivalente me monstruoze temperaturat e larta, dhe zbërthehet në një proton dhe një elektron.
Ky zbulim i lejoi shkencëtarët të konsideronin protonin dhe neutronin si një grimcë bërthamore. Prandaj emri i tyre - nukleone. Ato mund të ekzistojnë vetëm në çdo gjendje: proton ose neutron.
Në zbërthimin beta, një nga neutronet bëhet një proton. Në atë moment shfaqet elektroni. Ngarkesa e saj duhet të kompensojë ngarkesën pozitive të protonit të sapolindur. Sidoqoftë, për shkak të ligjeve që rregullojnë zbërthimin radioaktiv të bërthamave të paqëndrueshme, elektroni nuk e ka vendin e tij në orbitë, dhe ai detyrohet të largohet nga bërthama. Kjo do të jetë grimca beta. Ngarkesa totale pozitive e bërthamës ende të paqëndrueshme bëhet një më shumë.
Nga ana tjetër, në kushte të caktuara, një proton mund të shndërrohet në një neutron. Por atëherë diku duhet të zhduket ngarkesë pozitive. Kjo ngarkesë bartet nga grimca, e cila është një kopje e saktë e elektronit, por ka ngarkesë të kundërt, pozitive. Një grimcë e tillë u zbulua në vitin 1932. fizikan amerikan K. Anderson dhe e quajti pozitronin. Të dy këto transformime shoqërohen nga emetimi i një grimce tjetër neutrale - neutrinos.
Neutronet e emetuara nga burimi i beriliumit udhëtojnë me shpejtësi të madhe. Rrjedhimisht, madhësia e tyre efektive ose, siç thonë ata, seksioni kryq është shumë i vogël.
Duke u përplasur me bërthamat e atomeve të elementeve të lehta që takohen gjatë rrugës, neutronet kërcejnë prej tyre dhe ndryshojnë drejtimin e fluturimit në të njëjtën mënyrë siç kërcejnë topat e bilardos nga njëri-tjetri. Çdo përplasje e tillë i kushton neutronit një pjesë të energjisë së tij, kështu që shpejtësia e tij ngadalësohet dhe madhësia e tij, ose seksioni kryq, rritet.
Shkencëtarët përfituan nga kjo për të ngadalësuar lëvizjen e tij nga përplasjet e përsëritura të një neutroni me substanca që përmbajnë atome afër një neutroni (hidrogjen, helium, karbon). Pa qenë në gjendje të vëzhgoni drejtpërdrejt vetë neutronin, është e lehtë të zbulohet dhe të matet shpejtësia dhe energjia e të gjithë atomeve të "prekura" dhe që kthehen prej tij, dhe kështu shpejtësia dhe energjia e vetë neutronit.
Neutroni si grimcë doli të ishte pak më i rëndë se protoni. Jashtë bërthamës së një atomi, ai është radioaktiv dhe, pasi ka qenë i lirë për rreth 11.7 minuta, fillon të kalbet: duke u kthyer në një proton, ai lëshon një elektron dhe një neutrino. Sasia e energjisë së çliruar gjatë zbërthimit të një neutroni është afërsisht 1 MeV. Kjo shpjegon pse neutroni është pak më i rëndë se protoni.
Duke vëzhguar sjelljen e neutroneve, shkencëtarët shpejt zbuluan një tjetër nga karakteristikat e tyre të mahnitshme: duke depërtuar lehtësisht përmes armaturës së trashë prej çeliku, ata nuk janë në gjendje të kapërcejnë as një pllakë të hollë kadmiumi, e cila depërtohet lehtësisht jo vetëm nga rrezatimi gama, por edhe nga një rrymë. të grimcave beta (elektrone).
Shumë shpejt u zbardh edhe kjo “çudi”.
Bërthamat e atomeve të disa elementeve (kadmium, bor, grafit, etj.) në vend që ta zmbrapsin neutronin, "kapin", e tërheqin atë në vetvete. Sa më ngadalë të lëvizë neutroni, aq më i suksesshëm është kapja e tillë.