nötron ( temel parçacık)

Bu makale Vladimir Gorunovich tarafından bilgileri vandallardan korumak için bu siteye yerleştirilen "Wikiknowledge" sitesi için yazılmıştır ve daha sonra bu siteye eklenmiştir.

BİLİM çerçevesinde hareket eden temel parçacıkların alan teorisi, FİZİK tarafından kanıtlanmış bir temele dayanır:

• klasik elektrodinamik,
• Kuantum mekaniği,
• Korunum yasaları fiziğin temel yasalarıdır.

Doğada olmayan temel parçacıkları kullanmak, doğada olmayan temel etkileşimleri icat etmek veya doğada var olan etkileşimleri masalsı olanlarla değiştirmek, doğa yasalarını yok saymak, bunlar üzerinde matematiksel işlemler yapmak bilimin görünümü) - bu, bilim gibi görünen MASALLARIN çoğudur. Sonuç olarak, fizik matematiksel peri masallarının dünyasına girdi.

1 Nötron yarıçapı
2 Nötronun manyetik momenti
3 Nötron elektrik alanı
4 Nötron dinlenme kütlesi
5 Nötron ömrü
6 Yeni Fizik: Nötron (temel parçacık) - sonuç

Nötron - temel parçacık kuantum sayısı L=3/2 (spin = 1/2) - baryon grubu, proton alt grubu, elektrik yükü +0 (sistematizasyon ile alan teorisi temel parçacıklar).

Temel parçacıkların alan teorisine göre (bilimsel bir temele dayanan ve tüm temel parçacıkların doğru spektrumunu alan tek teori), nötron, dönen polarize alternatif bir elektrodan oluşur. manyetik alan Sabit bir bileşen ile. Nötronun sözde kuarklardan oluştuğuna dair Standart Model'in tüm doğrulanmamış iddialarının gerçeklikle hiçbir ilgisi yoktur. - Fizik, nötronun elektromanyetik alanlara sahip olduğunu deneysel olarak kanıtlamıştır (toplamın sıfır değeri elektrik şarjı, henüz Standart Modelin bile nötron yapısının elemanları için elektrik yükleri getirerek dolaylı olarak kabul etmek zorunda olduğu bir dipol elektrik alanının yokluğu anlamına gelmez) ve ayrıca bir yerçekimi alanı. Temel parçacıkların sadece sahip olmadığı - aynı zamanda elektromanyetik alanlardan oluştuğu gerçeği, fizik 100 yıl önce zekice tahmin edildi, ancak 2010 yılına kadar bir teori inşa etmek mümkün değildi. Şimdi, 2015 yılında, yerçekiminin elektromanyetik doğasını oluşturan ve temel parçacıkların yerçekimi alanının denklemlerini alan, temel olarak birden fazla matematiksel olan yerçekimi denklemlerinden farklı olan temel parçacıkların yerçekimi teorisi de ortaya çıktı. fizikte peri masalı inşa edildi.

Nötronun elektromanyetik alanının yapısı (E-sabit elektrik alanı, H-sabit manyetik alan, Sarı değişken bir elektromanyetik alan kaydedilmiştir).

Enerji dengesi (toplam iç enerjinin yüzdesi):

• sabit elektrik alanı (E) - %0,18,
• kalıcı manyetik alan (H) - 4.04%,
• alternatif elektromanyetik alan - %95.78.

Sıfır elektrik yüküne rağmen, nötronun bir dipol elektrik alanı vardır.

1 Nötron yarıçapı

Temel parçacıkların alan teorisi, bir temel parçacığın yarıçapını (r), merkezden maksimum kütle yoğunluğuna ulaşıldığı noktaya olan mesafe olarak tanımlar.

Bir nötron için bu 3.3518 ∙ 10 -16 m olacaktır.Buna elektromanyetik alan tabakasının kalınlığını 1.0978 ∙ 10 -16 m eklemeliyiz.

O zaman 4.4496 ∙10 -16 m olacaktır.Bu nedenle, nötronun dış sınırı merkezden 4.4496 ∙10 -16 m'den daha fazla bir mesafede bulunmalıdır.Sonuç, neredeyse yarıçapına eşit bir değerdir. proton ve bu şaşırtıcı değil. Temel bir parçacığın yarıçapı belirlenir kuantum sayısı L ve kalan kütlenin değeri. Her iki parçacık da aynı L ve M L kuantum sayılarına sahiptir ve geri kalan kütleler biraz farklıdır.

2 Nötronun manyetik momenti

Bir karşı ağırlık kuantum teorisi Temel parçacıkların alan teorisi, temel parçacıkların manyetik alanlarının elektrik yüklerinin dönüş dönüşü tarafından yaratılmadığını, ancak elektromanyetik alanın sabit bir bileşeni olarak sabit bir elektrik alanı ile aynı anda var olduğunu belirtir. Bu nedenle, kuantum sayısı L>0 olan tüm temel parçacıkların manyetik alanları vardır.

Temel parçacıkların alan teorisi, nötronun manyetik momentinin anormal olduğunu düşünmez - değeri, bir dizi kuantum sayısı tarafından belirlenir. Kuantum mekaniği temel parçacıkta çalışır.

Böylece nötronun manyetik momenti akım tarafından yaratılır:

• (0) manyetik moment ile -1 eħ/m 0n c

3 Nötron elektrik alanı

Sıfır elektrik yüküne rağmen, temel parçacıkların alan teorisine göre, nötron sabit bir elektrik alanına sahip olmalıdır. Nötronu oluşturan elektromanyetik alanın sabit bir bileşeni vardır ve bu nedenle nötronun sabit bir manyetik alanı ve sabit bir elektrik alanı olmalıdır. Elektrik yükü sıfır olduğundan, sabit elektrik alanı dipol olacaktır. Yani nötron, eşit büyüklükte ve zıt işaretli iki dağıtılmış paralel elektrik yükünün alanına benzer sabit bir elektrik alanına sahip olmalıdır. Büyük mesafelerde, nötronun elektrik alanı, her iki yük işaretinin alanlarının karşılıklı olarak dengelenmesi nedeniyle pratik olarak algılanamaz olacaktır. Ancak nötron yarıçapı kadar uzaklıklarda bu alan, benzer büyüklükteki diğer temel parçacıklarla etkileşimler üzerinde önemli bir etkiye sahip olacaktır. Her şeyden önce, bu etkileşimle ilgilidir. atom çekirdeği protonlu nötron ve nötronlu nötron. Nötron - nötron etkileşimi için bunlar, aynı yöndeki dönüşlere sahip itici kuvvetler ve ters yöndeki dönüşlere sahip çekici kuvvetler olacaktır. Nötron - proton etkileşimi için, kuvvetin işareti sadece dönüşlerin yönüne değil, aynı zamanda nötron ve protonun elektromanyetik alanlarının dönme düzlemleri arasındaki yer değiştirmeye de bağlıdır.
Bu nedenle, nötron, ortalama yarıçaplı iki dağıtılmış paralel simetrik halka elektrik yükünden (+0.75e ve -0.75e) oluşan bir dipol elektrik alanına sahip olmalıdır. uzakta bulunan

Nötronun elektrik dipol momenti (temel parçacıkların alan teorisine göre) şuna eşittir:

burada ħ Planck sabitidir, L temel parçacıkların alan teorisindeki ana kuantum sayısıdır, e temel elektrik yüküdür, m 0 nötronun kalan kütlesidir, m 0~ bir nötronun geri kalan kütlesidir. alternatif elektromanyetik alan, c ışık hızıdır, P - elektrik dipol moment vektörü (nötron düzlemine dik, parçacığın merkezinden geçer ve pozitif elektrik yüküne doğru yönlendirilir), s - yükler arasındaki ortalama mesafe, r e - elektrik temel parçacığın yarıçapı.

Gördüğünüz gibi, elektrik yükleri nötrondaki varsayılan kuarkların (+2/3e=+0.666e ve -2/3e=-0.666e) yüklerine yakındır, ancak kuarklardan farklı olarak doğada elektromanyetik alanlar vardır. , ve sabit benzer bir yapı, herhangi bir nötr temel parçacığın, spinin boyutundan bağımsız olarak bir elektrik alanına sahiptir ve... .

SI sisteminde (A) noktasındaki nötron elektrik dipol alanının potansiyeli (yakın bölge 10s > r > s yaklaşık olarak), SI sisteminde:

burada θ dipol moment vektörü arasındaki açıdır P ve gözlem noktasına yön A, r 0 - r 0 =0.8568Lħ/(m 0~ c)'ye eşit normalleştirme parametresi, ε 0 - elektrik sabiti, r - ekseninden uzaklık (alternatif elektromanyetik alanın dönüşü) temel parçacık A gözlem noktasına, h, parçacığın düzleminden (merkezinden geçen) A gözlem noktasına olan mesafedir, h, nötr bir temel parçacıktaki elektrik yükünün ortalama yüksekliğidir (0,5 s'ye eşittir) , |...| sayının modülüdür, P n vektörün büyüklüğüdür P n. (CGS sisteminde çarpan yoktur.)

SI sisteminde nötron elektrik dipol alanının (yakın bölge 10s > r > s yaklaşık olarak) gücü E:

nerede n=r/|r| - gözlem noktası (A) yönünde dipolün merkezinden bir birim vektör, nokta (∙) skaler ürünü gösterir, vektörler kalın yazılmıştır. (CGS sisteminde çarpan yoktur.)

Nötronun elektrik dipol alan kuvvetinin bileşenleri (yaklaşık olarak 10s>r>s yakın bölgesinde) uzunlamasına (| |) (dipolden çizilen yarıçap vektörü boyunca) verilen nokta) ve enine (_|_) SI sisteminde:

θ dipol moment vektörünün yönü arasındaki açıdır. P n ve gözlem noktasına yarıçap vektörü (CGS sisteminde çarpan yoktur).

Elektrik alan kuvvetinin üçüncü bileşeni, dipol moment vektörünün bulunduğu düzleme diktir. P nötronun n'si ve yarıçap vektörü, - her zaman sıfıra eşittir.

Nötronun (n) elektrik dipol alanının, uzak bölgedeki (r>>s) (A) noktasındaki başka bir nötr temel parçacığın (2) elektrik dipol alanı ile etkileşiminin potansiyel enerjisi U, SI sistemi:

θ n2, elektrik dipol momentlerinin vektörleri arasındaki açıdır P n ve P 2 , θ n dipol vektörü arasındaki açıdır elektrik momenti P n ve vektör r, θ 2 - dipol elektrik momentinin vektörü arasındaki açı P 2 ve vektör r, r- dipol elektrik momenti p n'nin merkezinden dipol elektrik momenti p 2'nin merkezine (gözlem noktası A'ya) bir vektör. (CGS sisteminde çarpan yoktur)

Normalizasyon parametresi r 0, yakın bölgede klasik elektrodinamik ve integral hesabı kullanılarak hesaplanan E değerinin sapmasını azaltmak için tanıtıldı. Normalizasyon, nötron düzlemine paralel bir düzlemde, nötronun merkezinden belli bir uzaklıkta (parçacık düzleminde) ve h=ħ/2m 0~c yükseklik kayması olan bir noktada meydana gelir, burada m 0~, alternatif bir elektromanyetik alan dinlenme nötronunun (bir nötron için m 0~ = 0.95784 m) çevrelediği kütlenin değeridir. Her denklem için, r 0 parametresi bağımsız olarak hesaplanır. Yaklaşık bir değer olarak, alan yarıçapı:

Yukarıdakilerin hepsinden, klasik elektrodinamik yasalarına göre nötronun elektrik dipol alanının (doğada, 20. yüzyılın fiziğinin bile bilmediği) yüklü temel parçacıklarla etkileşime gireceği sonucu çıkar. .

4 Nötron dinlenme kütlesi

Klasik elektrodinamik ve Einstein'ın formülüne göre, kuantum sayısı L>0 olan temel parçacıkların nötron dahil kalan kütlesi, elektromanyetik alanlarının enerji eşdeğeri olarak tanımlanır:

belirli integralin temel parçacığın tüm elektromanyetik alanı üzerinden alındığı yerde, E elektrik alan şiddeti, H ise manyetik alan gücüdür. Burada elektromanyetik alanın tüm bileşenleri dikkate alınır: sabit bir elektrik alanı (nötronun sahip olduğu), sabit bir manyetik alan, alternatif bir elektromanyetik alan. Temel parçacıkların yerçekimi alanının denklemlerinin elde edildiği bu küçük ama çok geniş fizik formülü, hurdaya birden fazla muhteşem "teori" gönderecek - bu nedenle, yazarlarından bazıları ondan nefret edecek.

Yukarıdaki formülden aşağıdaki gibi, nötronun kalan kütlesinin değeri, nötronun bulunduğu koşullara bağlıdır.. Dolayısıyla, bir nötronu sabit bir dış elektrik alanına (örneğin bir atom çekirdeği) yerleştirerek, nötronun kütlesini ve kararlılığını etkileyecek olan E2'yi etkileyeceğiz. Bir nötron sabit bir manyetik alana yerleştirildiğinde de benzer bir durum ortaya çıkacaktır. Bu nedenle, bir atom çekirdeği içindeki bir nötronun bazı özellikleri, alanlardan uzakta, boşlukta serbest bir nötronun aynı özelliklerinden farklıdır.

5 Nötron ömrü

Fizik tarafından belirlenen 880 saniyelik ömür, serbest bir nötrona karşılık gelir.

Temel parçacıkların alan teorisi, bir temel parçacığın ömrünün, içinde bulunduğu koşullara bağlı olduğunu belirtir. Bir nötronu harici bir alana (örneğin manyetik) yerleştirerek, elektromanyetik alanında bulunan enerjiyi değiştiririz. Dış alanın yönünü seçebilirsiniz, böylece içsel enerji nötron azaldı. Sonuç olarak, bir nötronun bozunması sırasında daha az enerji açığa çıkacak ve bu da bozunmayı zorlaştıracak ve temel bir parçacığın ömrünü uzatacaktır. Nötronun bozunmasının ek enerji gerektireceği ve sonuç olarak nötronun kararlı hale geleceği bir dış alan kuvveti değeri seçmek mümkündür. Bu, komşu protonların manyetik alanının çekirdekteki nötronların bozunmasına izin vermediği atom çekirdeğinde (örneğin, döteryum) tam olarak gözlemlenen şeydir. Öte yandan, çekirdeğe ek enerji verildiğinde, nötron bozunmaları tekrar mümkün olabilir.

6 Yeni Fizik: Nötron (temel parçacık) - sonuç

Standart Model (bu makaleden çıkarılmıştır, ancak 20. yüzyılda doğru olduğu iddia edilmiştir) nötronun üç kuarkın bağlı hali olduğunu belirtir: bir "yukarı" (u) ve iki "aşağı" (d) kuark (önerilen kuark). nötronun yapısı: udd ). Doğada kuarkların varlığı deneysel olarak kanıtlanmadığından, doğada hipotetik kuarkların yüküne eşit büyüklükte bir elektrik yükü bulunamamıştır ve kuarkların izlerinin varlığı olarak yorumlanabilecek sadece dolaylı kanıtlar vardır. Temel parçacıkların bazı etkileşimleri olabilir, ancak farklı şekilde de yorumlanabilir, o zaman nötronun bir kuark yapısına sahip olduğu Standart Model ifadesi sadece kanıtlanmamış bir varsayım olarak kalır. Standart model de dahil olmak üzere herhangi bir model, nötron da dahil olmak üzere herhangi bir temel parçacık yapısını varsayma hakkına sahiptir, ancak nötrondan oluştuğu iddia edilen karşılık gelen parçacıklar hızlandırıcılarda bulunana kadar, modelin ifadesi kanıtlanmamış olarak kabul edilmelidir.

Nötronu tanımlayan Standart Model, kuarkları doğada bulunmayan gluonlarla (kimse gluonları da bulamadı), doğada olmayan alanları ve etkileşimleri ortaya koyar ve enerjinin korunumu yasasıyla çelişir;

Temel parçacıkların alan teorisi ( Yeni fizik) nötronu doğada işleyen yasalar çerçevesinde doğada var olan alanlara ve etkileşimlere dayalı olarak tanımlar - bu BİLİMDİR.

Vladimir Gorunoviç

Sayfa 1

Nötron yükü sıfırdır. Sonuç olarak, nötronlar bir atomun çekirdeğinin yükünün büyüklüğünde bir rol oynamazlar. Kromun seri numarası aynı değere eşittir.

Proton yükü qp e Nötron yükü sıfıra eşittir.

Bu durumda, beklendiği gibi, nötronun yükünün sıfır ve protonun yükünün 1 olduğunu görmek kolaydır. İki aileye dahil olan tüm baryonlar elde edilir - sekiz ve on. Mezonlar bir kuark ve bir antikuarktan oluşur. Çubuk antikuarkları belirtir; elektrik yükleri karşılık gelen kuarkınkinden işaret olarak farklıdır. Garip bir kuark bir pi-mezonun içine girmez, pi-mezonlar, daha önce de söylediğimiz gibi, tuhaflık ve spini sıfıra eşit parçacıklardır.

Proton yükünden beri yüke eşit elektron ve bir nötronun yükü bir mermiye eşittir, o zaman güçlü etkileşimi kapatırsanız, protonun etkileşimi elektromanyetik alan A, bir Dirac parçacığının olağan etkileşimi olacaktır - Yp / V Bir nötron için, elektromanyetik etkileşim eksik olurdu.

Tanımlar: 67 - elektron ve proton arasındaki yük farkı; q nötron yüküdür; qg elektron yükünün mutlak değeridir.

Çekirdek, pozitif yüklü temel parçacıklardan oluşur - protonlar ve değil yük tasıyıcıları nötronlar.

Maddenin yapısı hakkındaki modern fikirlerin temeli, pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşan, pozitif yüklü bir çekirdek oluşturan madde atomlarının ve çekirdeğin etrafında dönen negatif yüklü elektronların varlığının iddiasıdır. Bu teoriye göre, elektronların enerji seviyeleri doğada ayrıktır ve onlar tarafından bir miktar ek enerjinin kaybı veya kazanılması, izin verilenden bir geçiş olarak kabul edilir. enerji seviyesi bir diğer. Bu durumda, elektronik enerji seviyelerinin ayrık doğası, bir enerji seviyesinden diğerine geçiş sırasında bir elektron tarafından aynı ayrık enerji absorpsiyonunun veya emisyonunun nedeni haline gelir.

Bir atomun veya molekülün yükünün tamamen q Z skaler toplamı tarafından belirlendiğini varsaydık (q Nqn, burada Z elektron-proton çiftlerinin sayısıdır, (q qp - qe elektron ve protonun yüklerindeki farktır) , N nötron sayısıdır ve qn nötronun yüküdür.

Nükleer yük sadece proton sayısı Z ile belirlenir ve kütle numarası A, toplam proton ve nötron sayısı ile çakışır. Nötronun yükü sıfır olduğundan, elektriksel etkileşim Coulomb yasasına göre iki nötron arasında olduğu gibi bir proton ile bir nötron arasında da yoktur. Aynı zamanda, iki proton arasında, elektrik kuvveti itme.

Ayrıca, ölçüm doğruluğu sınırları dahilinde, yük koruma yasasının gözetilmediği tek bir çarpışma süreci kaydedilmemiştir. Örneğin, nötronların homojen yapıda esnek olmaması elektrik alanları nötronun yükünü 1 (elektron yükünün H7'si) doğrulukla sıfıra eşit olarak düşünmemizi sağlar.

Bir protonun manyetik momenti ile bir nükleer magnetonun manyetik momenti arasındaki farkın şaşırtıcı bir sonuç olduğunu daha önce söylemiştik. Daha da şaşırtıcı olanı (Görünüşe göre yüksüz bir nötron için manyetik bir moment var.

Bu kuvvetlerin fizik dersinin önceki bölümlerinde ele alınan kuvvet türlerinden hiçbirine indirgenmediğini görmek kolaydır. Gerçekten de, örneğin, yerçekimi kuvvetlerinin çekirdeklerdeki nükleonlar arasında etki ettiğini varsayarsak, bilinen proton ve nötron kütlelerinden, parçacık başına bağlanma enerjisinin ihmal edilebilir olacağını hesaplamak kolaydır - gözlemlenenden 1036 kat daha az olacaktır. deneysel olarak. Elektrik karakteri hakkındaki varsayım da ortadan kalkar. nükleer kuvvetler. Gerçekten de, bu durumda, tek yüklü bir protondan ve bir nötron yükünden oluşan kararlı bir çekirdek hayal etmek imkansızdır.

Çekirdekteki nükleonlar arasında var olan güçlü bağ, atom çekirdeğinde özel, sözde nükleer kuvvetlerin varlığına işaret eder. Bu kuvvetlerin fizik dersinin önceki bölümlerinde ele alınan kuvvet türlerinden hiçbirine indirgenmediğini görmek kolaydır. Gerçekten de, örneğin, yerçekimi kuvvetlerinin çekirdeklerdeki nükleonlar arasında etki ettiğini varsayarsak, o zaman bilinen proton ve nötron kütlelerinden, parçacık başına bağlanma enerjisinin ihmal edilebilir olacağını hesaplamak kolaydır - 1038 kat daha az olacaktır. deneysel olarak gözlemlenen. Nükleer kuvvetlerin elektriksel doğası hakkındaki varsayım da ortadan kalkar. Gerçekten de, bu durumda, tek yüklü bir protondan ve bir nötron yükünden oluşan kararlı bir çekirdek hayal etmek imkansızdır.

NÖTRON. 1930'da Alman bilim adamları W. Bothe ve G. Becker bu fenomen karşısında şaşkına döndüler. Bir metalik berilyum plakasını alfa parçacıklarıyla bombalayarak, çok zayıf, ancak hedeften yayılan, en güçlü gama radyasyonunu engelleyen onlarca santimetre kalınlığındaki kurşun ekranları bile fark edilir şekilde zayıflatamayan şaşırtıcı bir şekilde nüfuz eden radyasyon keşfettiler.
Yetenekli Fransız fizikçiler Frederic Jo-liot ve Irene Curie daha da ilginç bir gerçeği fark ettiler. Bu garip radyasyonun yoluna, hidrojen açısından zengin bir madde olan bir parafin levhası yerleştirilirse, hidrojen atomlarının çekirdeği olan protonlar, parafinden büyük bir hızla ve dolayısıyla büyük bir enerjiyle uçmaya başladı.
Alfa parçacıkları tamamen berilyum plakasına sıkışmış ve parafine girememiştir. Yaklaşık 50 MeV enerjili protonları parafinden çıkarmak, gama ışınlarının gücünün ötesinde olacaktır. Bu durumda, berilyumda aniden ne tür süper güçlü "topçu" ortaya çıktı ve parafine hangi "mermilerle" ateş etti?
Rutherford'un öğrencisi, uzun süredir gizemli radyasyon üzerinde çalışan İngiliz fizikçi J. Chadwick, sonunda tek olası ve doğru sonuca vardı: ne pozitif ne de negatif elektrik yüküne sahip olmamak. Bu parçacıklara daha sonra nötron adı verildi.
Elektrik yükünün olmaması nedeniyle, herhangi bir madde nötron için olduğu gibi “saydam” hale gelir. Atomun tüm koruyucu hatlarını sakince aşar: ve dış elektron kabuğu Negatif yüklü herhangi bir parçacığı büyük bir kuvvetle iten ve büyük bir hızla hareket eden ağır bir alfa parçacığını bile bir kenara atan atom çekirdeğinin toplam pozitif yükü.
Nötronun keşfi, atom çekirdeğinin anlaşılmaz ve "mantıksız" ağırlığının gizemini, pozitif yüklerinde sadece bir artışla çözdü ve Sovyet bilim adamı D. D. Ivanenko ve Alman bilim adamı W. Heisenberg'in 1932'de yeni bir teklif önermesine izin verdi. her şeyin "basit ve açık" olduğu atom çekirdeğinin yapısının modeli.
Bu modele göre tüm atomların çekirdeği proton ve nötronlardan oluşur. Proton sayısı, D. I. Mendeleev'in periyodik sistemindeki elementin atom numarasına eşittir ve bir araya getirilen proton ve nötron kütleleri, atom kütlesine eşittir veya kütle Numarası(bkz. Nükleon). Örneğin, alfa parçacığı olarak bilinen bir helyum atomunun çekirdeği, ona iki pozitif elektrik yükü veren iki proton ve iki nötrondan oluşur. Toplam sayısı protonlar ve nötronlar, atom ağırlığına tam olarak eşit olan ve uzun süredir bilim adamlarının şaşkınlığına neden olan dörttür. Benzer şekilde, bir lityum atomunun çekirdeği üç proton (atom numarası 3) ve element için altı atom ağırlığı ekleyen üç nötron içerir.
Nötronun keşfi, başka bir gizemi - izotopların varlığını - oldukça basit bir şekilde açıklar. Örnek olarak, doğadaki en basit kimyasal elementi alabiliriz - çekirdeği tek bir protondan oluşan hidrojen. Bazen protiyum denir. Ardından, çekirdeğinde bir proton ve bir nötron bulunan ağır hidrojen izotopu gelir. atom kütlesi ikiye eşit. Bu hidrojen izotopuna döteryum denir. Son olarak, çok nadir, doğada neredeyse hiç bulunmayan, süper ağır ve şimdiden radyoaktif izotopçekirdeğinde proton başına iki nötron bulunan hidrojen. Buna trityum dediler.
Atom çekirdeğinin yapısının yeni modeli, belki de çok basitleştirilmiş tanımımızda, fiziğin biriktirdiği sayısız gerçeği neredeyse tamamen açıkladı ve en önemlisi, atomun kutsallarını - çekirdeğini işgal etmek için yeni yollar açtı. ve bilimde alışılmış olduğu gibi, sinsice yeni, daha da derin gizemlere, çelişkilere ve gerçek mucizelere bırakın! Bu tuhaflıkları ve harikaları saymak, yalnızca modern çağın bütününü baştan sona anlatmak olacaktır. nükleer Fizik. Bu nedenle, burada kendimizi az çok doğrudan ve doğrudan nötronla bağlantılı olan bir hikayeyle sınırlayacağız.
Örneğin, nötronlarla birlikte pozitif yüklü protonları da içeren bir atomun çekirdeği, aynı adı taşıyan proton yüklerinin (aralarındaki küçük mesafeler göz önüne alındığında) gerçekten titanik itici kuvvetlerin etkisi altında neden dağılmıyor? Ancak çok sonraları, başka hiçbir şeye benzemeyen özel çekirdek içi kuvvetlerin çekirdeğin içinde hareket ettiği, yüklü veya nötr olmalarına bakılmaksızın bu parçacıkları birbirine çektiği ve bu kuvvetlerin aşırı derecede etki ettiği tespit edildi. küçük mesafeler, birlikte alınan tüm protonların itme kuvvetlerini çok aşıyor. Bu kuvvetler olmasaydı, nükleer parçacıklar uzun zaman önce dağılmış olurdu, aksine asla bir araya gelemezlerdi (bkz. Nükleer Kuvvetler).
Ancak doğada sıcaklığa, yani bu parçacıklardan oluşan maddenin parçacıklarının enerjisine bağlı olarak sürekli hareket halinde olmayacak nükleer parçacıkların boyutu bile hiçbir cisim yoktur ve olamaz. Bu parçacık sistemine dışarıdan bir yerden fazladan bir enerji girerse, parçacıklar çok daha hızlı hareket etmeye başlar. Ve elbette, bu hareketin o kadar şiddetli hale geldiği bir an gelebilir ki, bir veya birkaç parçacık, intranükleer kuvvetlerin üstesinden gelerek, kendi etki alanlarından atlama fırsatına sahip olacaktır. Ve sonra, zaten benzer yüklerin itici kuvvetlerinin etkisi altında, bu parçacık veya birkaç parçacık atomun çekirdeğinden uçar.
Öte yandan, çok daha fazla enerji gelirse, atom çekirdeğinin tüm parçacıkları, daha da enerjik bir şekilde itilmiş olarak, intranükleer kuvvetlerin etkisinin gizemli sınırını aşabilecektir. Sonra çekirdek kendi kendine bölünecek. Bu durumda bu fazla enerjinin veya fizikçilerin dediği gibi uyarma enerjisinin ne kadarına ihtiyaç vardır? Ne kadar az olursa, atomun çekirdeği o kadar ağır olur. Ancak diğer yandan, bir atomun çekirdeği ne kadar ağırsa, “çöküşü” sırasında o kadar fazla enerji açığa çıkar:

En ağır çekirdekler aynı zamanda en kararsız olanlardır. Ve onları biraz "itmeye", yani onlara az miktarda fazla enerji vermeye değer (örneğimizde, 5 MeV), çünkü bir sünger gibi doymuş çekirdek, kendi enerjisiyle daha da bölünecektir. kendi kendine!
Bu iki şekilde yapılabilir. En zor şey, atom çekirdeğinin toplam pozitif elektrik yükünün umutsuz direncinin üstesinden gelebilecek herhangi bir ağır yüklü parçacığı zorla çekirdeğe "sürmeye" çalışmaktır. Ancak bunun için 5 MeV'lik başlangıç ​​enerjisinin bir proton veya bir alfa parçacığı için yeterli olmadığı açıktır. Parçacıklarının çoğu, "zırh korumasının" - bir atomun çekirdeğinin pozitif yükü, örneğin uranyum-235'in üstesinden gelmek için harcanacak ve tükendiğinde, onu ayırmaya, ona dokunamayacaklar bile. .
Ek olarak, bu tür bir enerjiyle bile ağır parçacıklar, doğal radyoaktif maddeler tarafından yayılmaz. Sonuç olarak, özel tesislerde - parçacık hızlandırıcılarda yapay olarak çok daha yüksek enerjilere ve hızlara hızlandırılmaları gerekir.
Nötron oldukça farklı, gerçekten şaşırtıcı olanaklara sahiptir. Nötron bir elektrik yükü taşımadığından, atom çekirdeğinin pozitif yükünün toplam itici etkisinin üstesinden gelmek için herhangi bir enerjiye ihtiyacı yoktur. Tarafsızlığından yararlanarak, bir atomun çekirdeğine serbestçe nüfuz eder, çekirdek içi kuvvetlerin çekim bölgesine ulaşır ve çekirdeğe çekilir. Bir nötron içine çekilen çekirdek, içsel bir yeniden yapılanmaya başlar. Aynı zamanda, doğal olarak heyecanlı bir duruma geldiğinde hemen kurtulması gereken 5 değil, 7 MeV'ye eşit bir enerji fazlasının sahibi olduğu ortaya çıktı. Sonuç olarak, ağır bir uranyum-235 atomunun çekirdeğine bir nötronun basit bir şekilde eklenmesi, ona 7 MeV'e eşit bir ek enerji katar.
Bu fazla enerji nereden geliyor? Doğal olarak, burada hiçbir mucize olmaz. Bir atomun eski çekirdeğinin yenisine yeniden inşası sürecinde, tüm nükleonlarının kütlelerinin toplamı, ayrı ayrı alınan nükleonların kütlelerinin toplamından biraz daha az olduğu ortaya çıkıyor. Kütlelerdeki bu farklılık nedeniyle, önce çekirdeği heyecanlandıran ve sonra onu fisyona götüren eşdeğer miktarda enerji ortaya çıkar (bkz. Bunun için nötronun hiç bir başlangıç ​​enerjisine sahip olmaması gerektiği ortaya çıktı. Sadece istenen atomun çekirdeğine girmesine yardım etmek gerekir ve sadece orada, çekirdeğin enerjisinin gizli rezervlerini harekete geçirerek, üfleme yeteneğine sahip (kütle olarak biraz kaybetmekle birlikte) enerjiyi serbest bırakabilecektir. çekirdeği kadar.
Ancak önemli bir başlangıç ​​enerjisine sahip olmayan nötronlar, tüm elementlerin çekirdeklerini değil, yalnızca fisyonları için gerekli uyarma enerjisinin 7 MeV'den az olduğu, yani tam olarak yeniden düzenlenmesi sırasında serbest bırakılanların çekirdeklerini bölebilir. çekirdeğe fazladan bir nötron eklenmesiyle oluşur. Böyle birkaç atom var: bunlar uranyum-233, uranyum-235, plütonyum-239.
Burada şunu sormak mümkündür: Nötron, kendi şaşırtıcı özelliklerine sahip olmalarına rağmen, diğer nükleer parçacıklardan bu kadar olağandışı, keskin bir şekilde farklı özelliklerden ve yeteneklerden nereden geliyor?
Olağandışı her şeyin kökeni dualitede yatar - hem parçacıklar hem de elektromanyetik dalgalar gibi davranan ışığın özelliklerinin ikiliği. Bilim adamları, elektronun aynı özelliklerinin daha sonra keşfedilmesiyle daha da heyecanlandılar.Bu keşifler, 1900'de Alman fizikçi Max Planck tarafından ortaya atılan teori ile mükemmel bir şekilde açıklandı, buna göre bir vücut tarafından ısı veya ışık radyasyonu yoktur. sürekli olarak, ancak ayrı ayrı, yani ayrı, kesin olarak tanımlanmış kısımlarda - kuanta ve çok özel bir boyuta sahip bir ışık dalgası, bazı durumlarda parçacıkların karakteristik özelliklerini sergiler. 1923'te Fransız fizikçi Louis de Broglie, dalga özellikleri Herhangi bir hareketli parçacığın doğasında var olan Teorisine göre, herhangi bir parçacığın dalga boyu, Planck sabiti adı verilen çok küçük bir miktarla doğru orantılıdır ve parçacığın kütlesi ve hızının çarpımı ile ters orantılıdır.
Bu oran oldukça basit görünüyor: X = herv. Bu ilişkiden, bir parçacığın kütlesi veya hızı veya aynı anda her ikisi ne kadar büyük olursa, içerdiği dalga boyu o kadar kısa olur ve bunun tersi de geçerlidir.
Fizik yasaları istisnalara müsamaha göstermez. Ve makrokozmosun bir nesnesi, örneğin bir mermi veya Toprak, "parçacıkların" özellikleri ile birlikte dalga özelliklerine de sahip olmalıdır. Ancak büyük kütleleri nedeniyle bunlara karşılık gelen dalga boyu o kadar küçüktür ki bu dalga özellikleri tamamen ihmal edilebilir. Yüksek hızlı nötronlar o kadar kısa dalga boyuna sahiptirler ki aslında parçacıklar gibi davranırlar. "Garip" davranışlarının bazı özellikleri, yalnızca açıkça dalga özellikleriyle açıklanabilir. Ancak nötronun kütlesi, mikroskobik olarak küçük herhangi bir cisimle karşılaştırıldığında hala ihmal edilecek kadar küçük olduğundan, n'inci dalganın uzunluğu mikrokozmosta oldukça algılanabilir bir miktar haline gelir.
Nötronun davranışının yeterli dalga özelliği gösterebilmesi için hızının mümkün olduğu kadar düşük olması gerekir. O kadar yavaşlatılabilir ki, nötron parçacığın özelliklerini tamamen kaybeder ve gerçek bir dalga gibi davranır.
Bu özelliklerden dolayı, nötronun gerçek boyutlarını belirlemede bariz komplikasyonlar ortaya çıkar, çünkü ne kadar garip görünse de bunlar bu parçacığın hızına bağlıdır. Örneğin, sıradan bir atomun çapı yaklaşık (2-4) 10-8 cm'dir. Çekirdeğin çapı daha da küçüktür - yaklaşık 2"10-13 cm. Nötron dalga boyunun yaklaşık olarak çapa karşılık gelmesi için atomun, yani 10"8 cm, enerjisi (yani, hareket hızı) sadece yaklaşık 0.1 eV olmalıdır. Böyle düşük bir enerjiye sahip bir nötron, 10"8 cm uzunluğunda bir dalga olarak daha doğru bir şekilde temsil edilir, olarak değil. aynı boyutta bir parçacık.
Ama sonra paradokslar başlar. 10-8 cm dalga boyuna sahip bir nötron, çekirdekten on binlerce kat daha büyük olduğu ortaya çıkıyor, bu da sadece bir değil, bazen çok sayıda nötron içeriyor!
Bir nötron, ancak onunla birlikte hareket ederse çekirdeğin içinde olabilir. yüksek hız J", bu nedenle, kısa bir dalga boyuna sahiptir. Ve daha fazla hız, bildiğimiz gibi, daha fazla enerji demektir. Bu nedenle, çekirdeği oluşturan nötronlar, çok kısa bir dalga boyuna karşılık gelen yaklaşık 50 MeV'lik bir enerjiye sahiptir - yaklaşık 10-13 cm Bu durum, radyoaktif maddelerin beta bozunmasının sırrını açıklamayı mümkün kılmıştır. uzun süredir işkence gören bilim adamları ve tüm haritalarını karıştırdılar.
Kendisine yabancı bir atomun çekirdeğine uçup orada tam bir kargaşa yaratan nötron, ortaya çıkan en karmaşık etkileşimlere dayanamaz, canavarca eşdeğerdir. yüksek sıcaklıklar, ve bir proton ve bir elektrona bozunur.
Bu keşif, bilim adamlarının proton ve nötronu tek bir nükleer parçacık olarak görmelerine izin verdi. Bu nedenle isimleri - nükleonlar. Sadece herhangi bir durumda var olabilirler: proton veya nötron.
Beta bozunmasında nötronlardan biri proton olur. İşte o zaman elektron ortaya çıkar. Yükü, yeni doğan protonun pozitif yükünü telafi etmelidir. Ancak kararsız çekirdeklerin radyoaktif bozunmasını yöneten yasalar nedeniyle elektron yörüngede yer bulamaz ve çekirdeği terk etmek zorunda kalır. Bu beta parçacığı olacak. Hala kararsız olan çekirdeğin toplam pozitif yükü bir tane daha olur.
Buna karşılık, belirli koşullar altında bir proton bir nötrona dönüşebilir. Ama sonra bir yerlerde kaybolmalı pozitif yük. Bu yük, elektronun tam bir kopyası olan ancak zıt, pozitif yüke sahip olan parçacık tarafından taşınır. Böyle bir parçacık 1932'de keşfedildi. Amerikalı fizikçi K. Anderson ve pozitronu adlandırdı. Bu dönüşümlerin her ikisine de başka bir nötr parçacık olan nötrino emisyonu eşlik eder.
Berilyum kaynağı tarafından yayılan nötronlar büyük bir hızla hareket ederler. Sonuç olarak, etkili boyutları veya dedikleri gibi kesitleri çok küçüktür.
Yolda karşılaşan hafif elementlerin atomlarının çekirdekleriyle çarpışan nötronlar, onlardan sıçrar ve bilardo toplarının birbirinden sektiği gibi uçuş yönünü değiştirir. Bu tür her çarpışma, nötrona enerjisinin bir kısmına mal olur, bu nedenle hızı yavaşlar ve boyutu veya kesiti artar.
Bilim adamları, bir nötronun kütle olarak bir nötrona yakın atomlar (hidrojen, helyum, karbon) içeren maddelerle tekrarlanan çarpışmaları ile hareketini yavaşlatmak için bundan faydalandı. Nötronun kendisini doğrudan gözlemleyemeden, "dokunulan" ve ondan geri dönen tüm atomların hızını ve enerjisini ve dolayısıyla nötronun hızını ve enerjisini tespit etmek ve ölçmek kolaydır.
Bir parçacık olarak nötronun protondan biraz daha ağır olduğu ortaya çıktı. Bir atomun çekirdeğinin dışında radyoaktiftir ve yaklaşık 11.7 dakika serbest kaldıktan sonra bozunmaya başlar: bir protona dönüşerek bir elektron ve bir nötrino yayar. Bir nötronun bozunması sırasında açığa çıkan enerji miktarı yaklaşık 1 MeV'dir. Bu, nötronun neden protondan biraz daha ağır olduğunu açıklar.
Nötronların davranışını gözlemleyen bilim adamları, kısa sürede şaşırtıcı özelliklerinden bir başkasını keşfettiler: kalın çelik zırhın içinden kolayca nüfuz ederek, yalnızca gama radyasyonu tarafından değil, hatta bir akış tarafından bile kolayca nüfuz edilen ince bir kadmiyum levhasının bile üstesinden gelemezler. beta parçacıkları (elektronlar).
Yakında bu "gariplik" de çözüldü.
Bazı elementlerin atomlarının çekirdekleri (kadmiyum, bor, grafit vb.) nötronu itmek yerine "yakalar", kendi içine çeker. Nötron ne kadar yavaş hareket ederse, bu yakalama o kadar başarılı olur.