Neytron ( elementar zarracha)

Ushbu maqola Vladimir Gorunovich tomonidan "Wikiknowledge" sayti uchun yozilgan bo'lib, ma'lumotni vandallardan himoya qilish uchun ushbu saytda joylashtirilgan va keyin ushbu saytda to'ldirilgan.

FIZIKA doirasida harakat qiluvchi elementar zarrachalarning maydon nazariyasi FIZIKA tomonidan tasdiqlangan asosga tayanadi:

• klassik elektrodinamika,
• kvant mexanikasi,
• Saqlanish qonunlari fizikaning asosiy qonunlaridir.

Tabiatda mavjud bo'lmagan elementar zarralardan foydalanish, tabiatda mavjud bo'lmagan fundamental o'zaro ta'sirlarni o'ylab topish yoki tabiatda mavjud bo'lgan o'zaro ta'sirlarni ertak bilan almashtirish, tabiat qonunlarini mensimaslik, ular ustida matematik manipulyatsiyalar qilish (fan ko'rinishini yaratish) - bu fanga o'xshagan ERTAKLAR. Natijada fizika matematik ertaklar olamiga kirib ketdi.

1 neytron radiusi
2 Neytronning magnit momenti
3 Neytron elektr maydoni
4 Neytronning tinch massasi
5 Neytronning ishlash muddati
6 Yangi fizika: Neytron (elementar zarracha) - natija

Neytron - elementar zarracha Kvant soni L=3/2 (spin = 1/2) - barion guruhi, proton kichik guruhi, elektr zaryadi +0 (sistematlashtirish orqali) maydon nazariyasi elementar zarralar).

Elementar zarrachalarning maydon nazariyasiga ko'ra (ilmiy asosga qurilgan va barcha elementar zarralarning to'g'ri spektrini olgan yagona nazariya) neytron aylanadigan qutblangan o'zgaruvchan elektrdan iborat. magnit maydon doimiy komponent bilan. Neytronning go'yo kvarklardan iboratligi haqidagi standart modelning barcha asossiz bayonotlari haqiqatga hech qanday aloqasi yo'q. - Fizika neytronning elektromagnit maydonlarga ega ekanligini eksperimental ravishda isbotladi (umumiy qiymatning nolga teng elektr zaryadi, hali dipol elektr maydonining yo'qligini anglatmaydi, hatto standart model neytron strukturasining elementlari uchun elektr zaryadlarini kiritish orqali bilvosita tan olishi kerak edi), shuningdek, tortishish maydoni. Elementar zarrachalar shunchaki ega bo'lmay, balki elektromagnit maydonlardan iborat ekanligi fizika 100 yil oldin ajoyib tarzda taxmin qilingan, ammo 2010 yilgacha nazariyani yaratish mumkin emas edi. Endi, 2015 yilda elementar zarrachalarning tortishish nazariyasi ham paydo bo'ldi, u tortishishning elektromagnit tabiatini o'rnatdi va tortishish tenglamalaridan farq qiladigan elementar zarrachalarning tortishish maydonining tenglamalarini oldi, buning asosida bir nechta matematik fizikada ertak qurilgan.

Neytronning elektromagnit maydonining tuzilishi (E-doimiy elektr maydoni, H-doimiy magnit maydon, sariq o'zgaruvchan elektromagnit maydon qayd etilgan).

Energiya balansi (umumiy ichki energiya ulushi):

• doimiy elektr maydoni (E) - 0,18%,
• doimiy magnit maydon (H) - 4,04%,
• o'zgaruvchan elektromagnit maydon - 95,78%.

Nol elektr zaryadiga qaramay, neytron dipol elektr maydoniga ega.

1 neytron radiusi

Elementar zarrachalarning maydon nazariyasi elementar zarrachaning radiusini (r) markazdan maksimal massa zichligiga erishilgan nuqtagacha bo'lgan masofa sifatida belgilaydi.

Neytron uchun bu 3,3518 ∙ 10 -16 m bo'ladi.Buning uchun biz elektromagnit maydon qatlamining qalinligi 1,0978 ∙ 10 -16 m ni qo'shishimiz kerak.

Keyin u 4,4496 ∙ 10 -16 m bo'ladi.Shunday qilib, neytronning tashqi chegarasi markazdan 4,4496 ∙ 10 -16 m dan ortiq masofada joylashgan bo'lishi kerak.Natija radiusiga deyarli teng qiymatdir. proton va bu ajablanarli emas. Elementar zarrachaning radiusi aniqlanadi kvant soni L va qolgan massaning qiymati. Ikkala zarrachada ham bir xil L va M L kvant sonlari mavjud, qolgan massalar esa bir oz farq qiladi.

2 Neytronning magnit momenti

Qarama-qarshi og'irlik kvant nazariyasi Elementar zarrachalarning maydon nazariyasi elementar zarrachalarning magnit maydonlari elektr zaryadlarining spin aylanishi natijasida hosil bo‘lmaydi, balki elektromagnit maydonning doimiy komponenti sifatida doimiy elektr maydoni bilan bir vaqtda mavjud bo‘lishini ta’kidlaydi. Shuning uchun kvant soni L>0 bo'lgan barcha elementar zarralar magnit maydonga ega.

Elementar zarrachalarning maydon nazariyasi neytronning magnit momentini anomal deb hisoblamaydi - uning qiymati kvant sonlari to'plami bilan aniqlanadi. kvant mexanikasi elementar zarrachada ishlaydi.

Shunday qilib, neytronning magnit momentini oqim hosil qiladi:

• (0) magnit moment bilan -1 eħ/m 0n c

3 Neytron elektr maydoni

Nol elektr zaryadiga qaramasdan, elementar zarralarning maydon nazariyasiga ko'ra, neytron doimiy elektr maydoniga ega bo'lishi kerak. Neytronni tashkil etuvchi elektromagnit maydon doimiy komponentga ega va shuning uchun neytron doimiy magnit maydon va doimiy elektr maydonga ega bo'lishi kerak. Elektr zaryadi nolga teng bo'lgani uchun doimiy elektr maydoni dipol bo'ladi. Ya'ni, neytron teng kattalikdagi va qarama-qarshi ishorali ikkita taqsimlangan parallel elektr zaryadlari maydoniga o'xshash doimiy elektr maydoniga ega bo'lishi kerak. Katta masofalarda neytronning elektr maydoni ikkala zaryad belgisi maydonlarining o'zaro kompensatsiyasi tufayli deyarli sezilmaydi. Ammo neytron radiusi tartibidagi masofalarda bu maydon o'xshash o'lchamdagi boshqa elementar zarralar bilan o'zaro ta'sirga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Bu, birinchi navbatda, o'zaro ta'sirga tegishli atom yadrolari proton bilan neytron va neytron bilan neytron. Neytron - neytron o'zaro ta'siri uchun bu aylanishlarning bir xil yo'nalishi bo'lgan itaruvchi kuchlar va aylanishlarning teskari yo'nalishi bo'lgan jozibali kuchlar bo'ladi. Neytron - proton o'zaro ta'siri uchun kuchning belgisi nafaqat spinlarning yo'nalishiga, balki neytron va protonning elektromagnit maydonlarining aylanish tekisliklari orasidagi siljishiga ham bog'liq.
Demak, neytron o'rtacha radiusli ikkita taqsimlangan parallel simmetrik halqa elektr zaryadining (+0,75e va -0,75e) dipol elektr maydoniga ega bo'lishi kerak. masofada joylashgan

Neytronning elektr dipol momenti (elementar zarrachalarning maydon nazariyasiga ko'ra) quyidagilarga teng:

Bu yerda ħ - Plank doimiysi, L - elementar zarralar maydoni nazariyasidagi asosiy kvant soni, e - elementar elektr zaryadi, m 0 - neytronning tinch massasi, m 0~ - ichiga o'ralgan neytronning qolgan massasi. o'zgaruvchan elektromagnit maydon, c - yorug'lik tezligi, P - elektr dipol moment vektori (neytron tekisligiga perpendikulyar, zarracha markazidan o'tadi va musbat elektr zaryadi tomon yo'naltiriladi), s - zaryadlar orasidagi o'rtacha masofa, r e - elementar zarrachaning elektr radiusi.

Ko'rib turganingizdek, elektr zaryadlari neytrondagi taxmin qilingan kvarklarning (+2/3e=+0,666e va -2/3e=-0,666e) zaryadlariga yaqin, ammo kvarklardan farqli o'laroq, tabiatda elektromagnit maydonlar mavjud. , va doimiyning shunga o'xshash tuzilishi har qanday neytral elementar zarracha spinning kattaligidan qat'i nazar, elektr maydoniga ega va... .

Neytron elektr dipol maydonining (A) nuqtasida (yaqin zonada 10s > r > s taxminan), SI tizimidagi potensiali:

bu yerda th - dipol moment vektori orasidagi burchak P va kuzatish nuqtasiga yo'nalish A, r 0 - normalizatsiya parametri r 0 =0,8568Lħ/(m 0~ c), e 0 - elektr doimiysi, r - o'qdan masofa (o'zgaruvchan elektromagnit maydonning aylanishi) elementar zarracha A kuzatish nuqtasiga, h - zarracha tekisligidan (uning markazidan o'tuvchi) A kuzatish nuqtasigacha bo'lgan masofa, h e - neytral elementar zarrachadagi elektr zaryadining o'rtacha balandligi (0,5 s ga teng). , |...| sonning moduli, P n - vektorning kattaligi P n. (CGS tizimida multiplikator yo'q.)

Neytron elektr dipol maydonining E kuchi (yaqin zonada 10s > r > s taxminan), SI tizimida:

qayerda n=r/|r| - dipol markazidan kuzatuv nuqtasi (A) yo'nalishi bo'yicha birlik vektor, nuqta (∙) skalyar ko'paytmani bildiradi, vektorlar qalin bo'ladi. (CGS tizimida multiplikator yo'q.)

Neytronning elektr dipol maydoni kuchlanishining komponentlari (yaqin zonada taxminan 10s>r>s) bo'ylama (| |) (dipoldan tortib olingan radius vektor bo'ylab). berilgan nuqta) va ko'ndalang (_|_) SI tizimida:

Bu erda th - dipol moment vektorining yo'nalishi orasidagi burchak P n va kuzatuv nuqtasiga radius vektori (CGS tizimida multiplikator yo'q).

Elektr maydon kuchining uchinchi komponenti dipol moment vektori yotadigan tekislikka ortogonaldir. P Neytron va radius vektorining n, - har doim nolga teng.

Neytronning (n) elektr dipol maydonining boshqa neytral elementar zarrachaning (2) elektr dipol maydoni bilan uzoq zonadagi (r>>s) nuqtadagi (A) o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi U. SI tizimi quyidagilarga teng:

bu yerda th n2 - elektr dipol momentlari vektorlari orasidagi burchak P n va P 2 , th n - dipol vektor orasidagi burchak elektr momenti P n va vektor r, th 2 - dipol elektr momentining vektori orasidagi burchak P 2 va vektor r, r- dipol elektr momenti p n markazidan p 2 dipol elektr momentining markaziga vektor (A kuzatish nuqtasiga). (CGS tizimida multiplikator yo'q)

Oddiylashtirish parametri r 0 E qiymatining klassik elektrodinamika va yaqin zonada integral hisobi yordamida hisoblanganidan og'ishini kamaytirish uchun kiritilgan. Normalizatsiya neytron tekisligiga parallel tekislikda yotgan, neytron markazidan uzoqda (zarracha tekisligida) masofada joylashgan va h=ħ/2m 0~ c balandlik siljishi bilan sodir bo'ladi, bu yerda m 0~ oʻzgaruvchan elektromagnit maydonga oʻralgan massa qiymati, tinch turgan neytron (neytron uchun m 0~ = 0,95784 m. Har bir tenglama uchun r 0 parametri mustaqil ravishda hisoblanadi. Taxminiy qiymat sifatida siz maydon radiusi:

Yuqoridagilardan kelib chiqadiki, neytronning elektr dipol maydoni (uning tabiatda mavjudligi, XX asr fizikasi ham bilmagan) klassik elektrodinamika qonunlariga ko'ra, zaryadlangan elementar zarralar bilan o'zaro ta'sir qiladi.

4 Neytronning tinch massasi

Klassik elektrodinamika va Eynshteyn formulasiga ko'ra, kvant soni L>0 bo'lgan elementar zarralarning qolgan massasi, shu jumladan neytron, ularning elektromagnit maydonlarining energiya ekvivalenti sifatida aniqlanadi:

elementar zarrachaning butun elektromagnit maydonida aniq integral olinadi, E - elektr maydon kuchi, H - magnit maydon kuchi. Bu erda elektromagnit maydonning barcha komponentlari hisobga olinadi: doimiy elektr maydoni (neytron mavjud), doimiy magnit maydon, o'zgaruvchan elektromagnit maydon. Elementar zarrachalarning tortishish maydonining tenglamalari olingan fizika uchun bu kichik, ammo juda sig'imli formula bir nechta ajoyib "nazariya" ni yo'q qiladi - shuning uchun ularning ba'zi mualliflari undan nafratlanishadi.

Yuqoridagi formuladan kelib chiqqan holda, neytronning qolgan massasining qiymati neytron joylashgan sharoitga bog'liq. Shunday qilib, neytronni doimiy tashqi elektr maydoniga (masalan, atom yadrosi) joylashtirish orqali biz E 2 ga ta'sir qilamiz, bu neytronning massasiga va uning barqarorligiga ta'sir qiladi. Neytron doimiy magnit maydonga joylashtirilganda ham xuddi shunday holat yuzaga keladi. Shuning uchun atom yadrosi ichidagi neytronning ayrim xossalari maydonlardan uzoqda vakuumdagi erkin neytronning bir xil xossalaridan farq qiladi.

5 Neytronning ishlash muddati

Fizika tomonidan belgilangan 880 sekundlik hayot muddati erkin neytronga to'g'ri keladi.

Elementar zarrachalarning maydon nazariyasi elementar zarrachaning yashash muddati uning joylashgan sharoitiga bog'liqligini ta'kidlaydi. Neytronni tashqi maydonga (masalan, magnit) joylashtirish orqali biz uning elektromagnit maydonidagi energiyani o'zgartiramiz. Siz tashqi maydonning yo'nalishini shunday tanlashingiz mumkin ichki energiya neytron kamaydi. Natijada, neytronning parchalanishi vaqtida kamroq energiya ajralib chiqadi, bu parchalanishni murakkablashtiradi va elementar zarrachaning umrini oshiradi. Tashqi maydon kuchining shunday qiymatini tanlash mumkinki, neytronning yemirilishi qo'shimcha energiya talab qiladi va shuning uchun neytron barqaror bo'ladi. Aynan shu narsa atom yadrolarida (masalan, deyteriy) kuzatiladi, bunda qo'shni protonlarning magnit maydoni yadrodagi neytronlarning parchalanishiga yo'l qo'ymaydi. Boshqa tomondan, yadroga qo'shimcha energiya kiritilganda, neytronlarning parchalanishi yana mumkin bo'ladi.

6 Yangi fizika: Neytron (elementar zarracha) - natija

Standart model (ushbu maqoladan chiqarib tashlangan, lekin 20-asrda haqiqiy deb da'vo qilingan) neytron uchta kvarkning bog'langan holati ekanligini ta'kidlaydi: bitta "yuqoriga" (u) va ikkita "pastga" (d) kvark (taxmin qilingan kvark). neytronning tuzilishi: udd ). Tabiatda kvarklarning mavjudligi eksperimental tarzda isbotlanmaganligi sababli, tabiatda gipotetik kvarklarning zaryadiga teng bo'lgan elektr zaryadi topilmadi va faqat bilvosita dalillar mavjud bo'lib, ularda kvarklarning izlari borligi sifatida talqin qilinishi mumkin. elementar zarrachalarning ba'zi o'zaro ta'siri, lekin boshqacha talqin qilinishi mumkin, keyin neytronning kvark tuzilishiga ega bo'lgan standart model bayonoti shunchaki tasdiqlanmagan taxmin bo'lib qoladi. Har qanday model, shu jumladan standart, elementar zarrachalarning har qanday tuzilishini, shu jumladan neytronni qabul qilish huquqiga ega, ammo tezlatgichlarda neytron tashkil topgan mos keladigan zarrachalar topilmaguncha, modelning bayonoti isbotlanmagan deb hisoblanishi kerak.

Neytronni tavsiflovchi standart model tabiatda uchramaydigan glyuonli kvarklarni (glyuonlarni ham hech kim topmagan), tabiatda mavjud bo'lmagan maydonlar va o'zaro ta'sirlarni kiritadi va energiyaning saqlanish qonuniga zid keladi;

Elementar zarralarning maydon nazariyasi ( Yangi fizika) tabiatda amal qiluvchi qonunlar doirasida tabiatda mavjud maydonlar va oʻzaro taʼsirlar asosida neytronni taʼriflaydi - FAN bu bilan bogʻliq.

Vladimir Gorunovich

1-sahifa

Neytron zaryadi nolga teng. Binobarin, neytronlar atom yadrosi zaryadining kattaligida rol o'ynamaydi. Xromning seriya raqami bir xil qiymatga teng.

Proton zaryadi qp e Neytron zaryadi nolga teng.

Kutilganidek, bu holda neytronning zaryadi nolga, protonniki esa 1 ga teng ekanligini tushunish oson. Ikki oilaga kiruvchi barcha barionlar olinadi - sakkiz va o'nta. Mezonlar kvark va antikvarkdan iborat. Bar antikvarklarni bildiradi; ularning elektr zaryadi tegishli kvark zaryadidan ishora jihatidan farq qiladi. G'alati kvark pi-mezonga kirmaydi, pi-mezonlar, yuqorida aytib o'tganimizdek, g'alati va spini nolga teng bo'lgan zarralardir.

Protonning zaryadidan boshlab zaryadga teng elektron va neytronning zaryadi o'qga teng bo'lsa, unda kuchli o'zaro ta'sirni o'chirsangiz, protonning o'zaro ta'siri elektromagnit maydon A Dirak zarrasining odatiy o'zaro ta'siri bo'ladi - Yp / V Neytron uchun, elektromagnit o'zaro ta'sir etishmayotgan bo'lardi.

Belgilar: 67 - elektron va proton o'rtasidagi zaryad farqi; q - neytron zaryadi; qg - elektron zaryadining mutlaq qiymati.

Yadro musbat zaryadlangan elementar zarralardan iborat - protonlar va yo'q zaryad tashuvchilar neytronlar.

Moddaning tuzilishi haqidagi zamonaviy g'oyalarning asosini musbat zaryadlangan yadro hosil qiluvchi musbat zaryadlangan proton va zaryadsiz neytronlardan tashkil topgan materiya atomlari va yadro atrofida aylanadigan manfiy zaryadlangan elektronlarning mavjudligi haqidagi bayonot tashkil etadi. Ushbu nazariyaga ko'ra, elektronlarning energiya darajalari diskretdir va ular tomonidan qo'shimcha energiyaning yo'qolishi yoki olinishi ruxsat etilganidan o'tish deb hisoblanadi. energiya darajasi boshqa. Bunday holda, elektron energiya darajalarining diskret tabiati bir energiya darajasidan ikkinchisiga o'tish paytida elektron tomonidan energiyaning bir xil diskret yutilishi yoki emissiyasi uchun sabab bo'ladi.

Biz atom yoki molekulaning zaryadi skalyar yig'indisi q Z (q Nqn, bu erda Z elektron-proton juftlari soni, (q qp - qe elektron va proton zaryadlari farqi) bilan to'liq aniqlanadi deb taxmin qildik. , N - neytronlar soni, qn - neytronning zaryadi.

Yadro zaryadi faqat Z protonlar soni bilan aniqlanadi va uning massa soni A proton va neytronlarning umumiy soniga to'g'ri keladi. Neytronning zaryadi nolga teng bo'lgani uchun, elektr o'zaro ta'siri Coulomb qonuniga ko'ra, ikkita neytron o'rtasida, shuningdek proton va neytron o'rtasida yo'q. Shu bilan birga, ikkita proton o'rtasida, elektr quvvati itarish.

Bundan tashqari, o'lchov aniqligi doirasida hech qachon zaryadning saqlanish qonuniga rioya qilinmagan birorta to'qnashuv jarayoni qayd etilmagan. Masalan, bir jinsli neytronlarning egiluvchanligi elektr maydonlari bizga neytronning zaryadini 1 (elektron zaryadining H7) aniqligi bilan nolga teng deb hisoblash imkonini beradi.

Biz allaqachon proton va bitta yadro magnitonining magnit momenti o'rtasidagi farq ajoyib natija ekanligini aytdik. Bundan ham ajablanarlisi (Aftidan, zaryadsiz neytron uchun magnit moment mavjud.

Bu kuchlar fizika kursining oldingi qismlarida ko'rib chiqilgan kuchlarning hech bir turiga kamaytirilmaganligini ko'rish oson. Darhaqiqat, masalan, yadrolardagi nuklonlar o'rtasida tortishish kuchlari ta'sir qiladi deb faraz qilsak, proton va neytronning ma'lum massalaridan zarrachadagi bog'lanish energiyasi ahamiyatsiz bo'lib chiqishini hisoblash oson - bu 1036 bo'ladi. eksperimental kuzatilganidan bir necha baravar kam. Elektr xarakteri haqidagi taxmin ham yo'qoladi. yadro kuchlari. Darhaqiqat, bu holda bitta zaryadlangan protondan tashkil topgan va neytronning zaryadi bo'lmagan barqaror yadroni tasavvur qilish mumkin emas.

Yadrodagi nuklonlar o'rtasida mavjud bo'lgan kuchli bog'lanish atom yadrolarida yadro deb ataladigan maxsus kuchlarning mavjudligini ko'rsatadi. Bu kuchlar fizika kursining oldingi qismlarida ko'rib chiqilgan kuchlarning hech bir turiga kamaytirilmaganligini ko'rish oson. Haqiqatan ham, masalan, yadrolardagi nuklonlar o'rtasida tortishish kuchlari ta'sir qiladi deb faraz qilsak, proton va neytronning ma'lum massalaridan zarrachadagi bog'lanish energiyasi ahamiyatsiz bo'lishini hisoblash oson - u 1038 marta kamroq bo'ladi. eksperimental ravishda kuzatilgan. Yadro kuchlarining elektr tabiati haqidagi taxmin ham yo'qoladi. Darhaqiqat, bu holda bitta zaryadlangan protondan tashkil topgan va neytronning zaryadi bo'lmagan barqaror yadroni tasavvur qilish mumkin emas.

NEYTRON. 1930 yilda nemis olimlari V. Bote va G. Bekker bu hodisadan hayratda qolishdi. Metall berilliy plastinkasini alfa zarralari bilan bombardimon qilish orqali ular nishondan chiqadigan juda zaif, ammo hayratlanarli darajada kirib boruvchi nurlanishni aniqladilar, bu hatto eng kuchli gamma-nurlanishni to'sib qo'ygan o'nlab santimetr qalinlikdagi qo'rg'oshin ekranlari ham sezilarli darajada zaiflasha olmadi.
Iste'dodli frantsuz fiziklari Frederik Jo-liot va Iren Kyuri bundan ham qiziqroq faktni payqashdi. Agar bu g'alati nurlanish yo'liga kerosin plastinkasi, vodorodga boy modda qo'yilgan bo'lsa, u holda vodorod atomlarining yadrolari bo'lmish protonlar kerosin ichidan katta tezlikda va shuning uchun katta energiya bilan ucha boshlagan.
Alfa zarralari berilliy plastinkasiga butunlay yopishib qolgan va kerosinga kira olmadi. Taxminan 50 MeV energiyaga ega protonlarni kerosindan chiqarib tashlash gamma nurlarining kuchidan tashqarida bo'ladi. Bunday holda, berilliyda birdaniga qanday o'ta kuchli "artilleriya" paydo bo'ldi va u kerosinni qanday "snaryadlar" bilan o'qqa tutdi?
Rezerfordning shogirdi, uzoq vaqt davomida sirli nurlanishni o‘rgangan ingliz fizigi J.Chedvik nihoyat yagona mumkin bo‘lgan va to‘g‘ri xulosaga keldi: elektr zaryadi yo‘q, na musbat, na manfiy. Bu zarralar keyinchalik neytronlar deb ataldi.
Elektr zaryadining yo'qligi sababli, har qanday modda, xuddi neytron uchun "shaffof" bo'ladi. U xotirjamlik bilan atomning barcha himoya chiziqlarini yengib chiqadi: va tashqi elektron qobiq, bu har qanday manfiy zaryadlangan zarrachani katta kuch bilan qaytaradi va atom yadrosining umumiy musbat zaryadini hatto katta tezlikda harakatlanayotgan og'ir alfa zarrachani ham chetga tashlaydi.
Neytronning kashf etilishi atom yadrolarining tushunarsiz va "mantiqsiz" og'irligi haqidagi jumboqni ularning ijobiy zaryadini faqat bittaga oshirish bilan hal qildi va sovet olimi D. D. Ivanenko va nemis olimi V. Geyzenbergga 1932 yilda yangisini taklif qilish imkonini berdi. atom yadrosining tuzilishi modeli, unda hamma narsa "oddiy va aniq" bo'lib chiqdi.
Ushbu modelga ko'ra, barcha atomlarning yadrolari proton va neytronlardan iborat. Protonlar soni D. I. Mendeleyev davriy sistemasidagi elementning atom raqamiga teng, proton va neytronlarning massalari esa uning atom massasiga teng yoki massa raqami(Qarang: Nuklon). Masalan, alfa zarrasi deb ataladigan geliy atomining yadrosi ikkita musbat elektr zaryadini beruvchi ikkita proton va ikkita neytrondan iborat. Umumiy soni proton va neytronlar to'rtta bo'lib, bu uning atom og'irligiga to'liq teng, bu uzoq vaqt davomida olimlarni hayratda qoldirdi. Xuddi shunday, litiy atomining yadrosida uchta proton (atom raqami 3) va uchta neytron mavjud bo'lib, ular birgalikda elementga oltita atom og'irligini beradi.
Neytronning kashf etilishi boshqa sirni - izotoplarning mavjudligini oddiygina tushuntiradi. Misol tariqasida tabiatdagi eng oddiy kimyoviy element - yadrosi bitta protondan tashkil topgan vodorodni olishimiz mumkin. U ba'zan protium deb ataladi. Keyin yadroda bitta proton va bir neytron bo'lgan vodorodning og'ir izotopini kuzatib boradi. atom massasi ikkiga teng. Vodorodning bu izotopi deyteriy deb ataladi. Nihoyat, juda kam uchraydigan, tabiatda deyarli topilmagan, o'ta og'ir va allaqachon mavjud radioaktiv izotop vodorod, uning yadrosida protonga ikkita neytron to'g'ri keladi. Ular uni tritiy deb atashgan.
Atom yadrosi tuzilishining yangi modeli, ehtimol bizning tavsifimizda juda soddalashtirilgan bo'lsa ham, fizika tomonidan to'plangan ko'plab faktlarni deyarli to'liq tushuntirib berdi va eng muhimi, atomning muqaddaslari - yadrosi va yadrosini bosib olish uchun yangi yo'llarni ochdi. Ilm-fanda odat bo'lganidek, makkorlik bilan yangi, yanada chuqurroq sirlar, qarama-qarshiliklar va haqiqiy mo''jizalarga yo'l qo'ying! Ushbu o'ziga xoslik va mo''jizalarni sanab o'tish, butun zamonaviylikni boshidan oxirigacha aytib berishdir. yadro fizikasi. Shuning uchun, bu erda biz neytron bilan to'g'ridan-to'g'ri va darhol bog'liq bo'lgan narsa haqida bir hikoya bilan cheklanamiz.
Masalan, nega neytronlar bilan bir qatorda musbat zaryadlangan protonlarni ham o'z ichiga olgan atom yadrosi xuddi shu nomdagi proton zaryadlarining chinakam titanik itaruvchi kuchlari ta'sirida (ular orasidagi kichik masofani hisobga olgan holda) parchalanmaydi? Ko'p o'tmay, boshqa hech narsadan farqli o'laroq, yadro ichidagi maxsus kuchlar yadro ichida harakat qiladi, bu zarralarni zaryadlangan yoki neytral bo'lishidan qat'i nazar, bir-biriga tortadi va bu kuchlar o'ta kuchli ta'sirga ega ekanligi aniqlandi. kichik masofalar birgalikda olingan barcha protonlarning itaruvchi kuchlaridan ancha oshadi. Bu kuchlarsiz yadro zarralari uzoq vaqt oldin tarqalib ketgan bo'lardi, aksincha ular hech qachon bir joyga to'planmasdi (qarang Yadro kuchlari).
Lekin tabiatda haroratga, ya'ni shu zarrachalardan tashkil topgan materiya zarralarining energiyasiga qarab, uzluksiz harakatda bo'lmaydigan, hatto yadro zarralari hajmida ham hech qanday jismlar yo'q va bo'lishi ham mumkin emas. Agar qo'shimcha energiya miqdori bu zarralar tizimiga tashqaridan biron bir joydan kirsa, u holda zarralar ancha tez harakat qila boshlaydi. Va, albatta, bu harakat shunchalik shiddatli bo'lib, bir yoki hatto bir nechta zarralar yadro ichidagi kuchlarni yengib, o'z ta'sir doirasidan sakrab chiqish imkoniyatiga ega bo'lishi mumkin. Va keyin, xuddi shunday zaryadlarning itaruvchi kuchlari ta'sirida, bu zarracha yoki bir nechta zarralar atom yadrosidan uchib chiqadi.
Agar, aksincha, ortiqcha energiya kelib tushsa, atom yadrosining barcha zarralari bir-biridan yanada kuchliroq itarib, yadro ichidagi kuchlar ta'sirining sirli chegarasini engib o'tishga qodir bo'ladi. Keyin yadro o'z-o'zidan bo'linadi. Bu ortiqcha energiya yoki fiziklar aytganidek, qo'zg'alish energiyasi bu holatda qancha kerak? Qanchalik kam bo'lsa, atom yadrosi shunchalik og'irroq bo'ladi. Ammo boshqa tomondan, atomning yadrosi qanchalik og'ir bo'lsa, uning "qulashi" paytida shunchalik ko'p energiya chiqariladi:

Eng og'ir yadrolar ham eng beqarordir. Va ularni biroz "itarish" arziydi, ya'ni ularga oz miqdorda ortiqcha energiya (bizning misolimizda, 5 MeV) berish kerak, chunki shimgich kabi to'yingan yadro o'z energiyasi bilan yanada bo'linadi. o'z-o'zidan!
Bu ikki usulda amalga oshirilishi mumkin. Eng qiyin narsa, atom yadrosining umumiy musbat elektr zaryadining umidsiz qarshiligini engishga qodir bo'lgan har qanday og'ir zaryadlangan zarrachani kuch bilan yadroga "haydash" ga harakat qilishdir. Ammo buning uchun 5 MeV boshlang'ich energiyasi proton yoki alfa zarracha uchun etarli emasligi aniq. Uning zarralarining ko'p qismi "zirh himoyasi" ni - atom yadrosining musbat zaryadini, masalan, uran-235 ni engib o'tishga sarflanadi va charchagan holda, uni ajratish u yoqda tursin, hatto teginish ham mumkin emas. .
Bundan tashqari, og'ir zarralar, hatto bunday energiya bilan ham, tabiiy radioaktiv moddalar tomonidan chiqarilmaydi. Binobarin, ularni maxsus qurilmalarda - zarracha tezlatgichlarida sun'iy ravishda ancha yuqori energiya va tezliklarga tezlashtirish kerak.
Neytron mutlaqo boshqacha, chindan ham ajoyib imkoniyatlarga ega. Neytron elektr zaryadini olib yurmasligi sababli, atom yadrosining musbat zaryadining umumiy itaruvchi ta'sirini yengish uchun unga hech qanday energiya kerak emas. Neytralligidan foydalanib, u atom yadrosiga erkin kirib boradi, yadro ichidagi kuchlarni jalb qilish zonasiga etib boradi va yadroga tortiladi. Neytronga tortilgan yadro ichki qayta qurishni boshlaydi. Shu bilan birga, u 5 emas, balki 7 MeV ga teng bo'lgan ortiqcha energiyaning egasi bo'lib chiqadi, tabiiyki, hayajonlangan holatga kelib, u darhol qutulishi kerak. Binobarin, og'ir uran-235 atomining yadrosiga oddiygina neytron qo'shilishi unga 7 MeV ga teng qo'shimcha energiyani kiritadi.
Bu ortiqcha energiya qayerdan keladi? Tabiiyki, bu erda hech qanday mo''jiza sodir bo'lmaydi. Atomning eski yadrosini yangisiga ichki qayta qurish jarayonida uning barcha nuklonlarining massalari yig'indisi alohida olingan nuklonlarning massalari yig'indisidan biroz kamroq bo'lib chiqadi. Massalardagi bunday farq tufayli ekvivalent energiya paydo bo'ladi (qarang Massa nuqsoni), avval yadroni qo'zg'atadi, keyin esa uni parchalanishga olib keladi. Ma'lum bo'lishicha, buning uchun neytronda boshlang'ich energiya umuman bo'lmasligi kerak. Faqatgina unga kerakli atomning yadrosiga kirishiga yordam berish kerak va faqat u erda yadro energiyasining yashirin zaxiralarini safarbar qilgandan so'ng, puflashga qodir bo'lgan energiyani chiqarishi mumkin bo'ladi (biroz massasini yo'qotsa ham). yadro yuqoriga.
Ammo muhim boshlang'ich energiyasiga ega bo'lmagan neytronlar barcha elementlarning yadrolarini emas, balki ularning bo'linishi uchun zarur bo'lgan qo'zg'alish energiyasi 7 MeV dan kam bo'lgan yadrolarni, ya'ni ularni qayta tashkil etish paytida ajralib chiqadigan neytronlarni ajratishi mumkin. yadro, unga qo'shimcha neytron qo'shilishi natijasida hosil bo'ladi. Bunday atomlar kam: bular uran-233, uran-235, plutoniy-239.
Bu erda so'rash joiz: neytron boshqa yadro zarralaridan bunday g'ayrioddiy, keskin farq qiluvchi xususiyatlar va qobiliyatlardan qaerdan kelib chiqadi, garchi ular ham o'zlarining hayratlanarli xususiyatlariga ega?
Har qanday g'ayrioddiy narsaning kelib chiqishi ikkilikdir - yorug'lik xususiyatlarining dualizmi, u ham zarrachalar, ham elektromagnit to'lqinlar kabi harakat qiladi. Keyinchalik elektronning xuddi shu xossalarining kashf etilishi olimlarni yanada hayajonlantirdi.Bu kashfiyotlar 1900-yilda nemis fizigi Maks Plank tomonidan ilgari surilgan nazariya bilan mukammal tushuntirilgan, unga ko'ra, jism tomonidan issiqlik yoki yorug'lik nurlanishi. uzluksiz, lekin diskret ravishda, ya'ni alohida, qat'iy belgilangan qismlarda - kvantlarda va yorug'lik to'lqini juda o'ziga xos hajmga ega bo'lib, ba'zi hollarda zarrachalarga xos xususiyatlarni namoyon qiladi. 1923 yilda frantsuz fizigi Lui de Broyl buni aniqladi to'lqin xususiyatlari har qanday harakatlanuvchi zarrachaga xosdir. U ishlab chiqqan nazariyaga ko'ra, har qanday zarrachaning to'lqin uzunligi Plank doimiysi deb ataladigan qandaydir juda kichik miqdorga to'g'ridan-to'g'ri proportsional, zarracha massasi va tezligining mahsulotiga teskari proportsionaldir.
Bu nisbat juda oddiy ko'rinadi: X = himv. Bu munosabatdan kelib chiqadiki, zarrachaning massasi yoki tezligi yoki ikkalasi bir vaqtning o'zida qanchalik katta bo'lsa, unga xos bo'lgan to'lqin uzunligi shunchalik qisqa bo'ladi va aksincha.
Fizika qonunlari istisnolarga toqat qilmaydi. Va makrokosmosning ob'ekti, masalan, snaryad yoki Yer, "zarralar" xususiyatlari bilan bir qatorda to'lqin xususiyatlariga ham ega bo'lishi kerak. Ammo ularning katta massasi tufayli ularga mos keladigan to'lqin uzunligi shunchalik kichikki, bu to'lqin xususiyatlarini butunlay e'tiborsiz qoldirish mumkin. Yuqori tezlikli neytronlar shunchalik qisqa to'lqin uzunligiga egaki, ular aslida zarrachalar kabi harakat qilishadi. Ularning "g'alati" xatti-harakatlarining ba'zi xususiyatlarini faqat aniq to'lqin xususiyatlari bilan izohlash mumkin. Ammo neytronning massasi har qanday, hatto mikroskopik jihatdan kichik jismga nisbatan hali ham ahamiyatsiz darajada kichik bo'lganligi sababli, n-to'lqin uzunligi mikrokosmosda juda seziladigan miqdorga aylanadi.
Neytronning harakati etarli to'lqin xususiyatlarini ko'rsatishi uchun uning tezligi imkon qadar past bo'lishi kerak. Uni shu qadar sekinlashtirish mumkinki, neytron zarracha xossalarini butunlay yo‘qotadi va o‘zini haqiqiy to‘lqin kabi tutadi.
Ushbu xususiyatlar tufayli neytronning haqiqiy o'lchamlarini aniqlashda aniq qiyinchiliklar paydo bo'ladi, chunki ular qanchalik g'alati tuyulmasin, bu zarrachaning tezligiga bog'liq. Masalan, oddiy atomning diametri taxminan (2-4) 10-8 sm.Yadroning diametri undan ham kichikroq - taxminan 2"10-13 sm. Neytron to'lqin uzunligi diametrga taxminan mos kelishi uchun. atomning, ya'ni 10"8 sm, uning energiyasi (ya'ni, harakat tezligi) atigi 0,1 eV bo'lishi kerak. Bunday past energiyaga ega neytron to'lqin sifatida emas, balki 10-8 sm uzunlikdagi to'lqin sifatida to'g'riroq ifodalanadi. bir xil o'lchamdagi zarracha.
Ammo keyin paradokslar boshlanadi. To'lqin uzunligi 10-8 sm bo'lgan neytron yadrodan o'n minglab marta kattaroq bo'lib chiqadi, u o'z navbatida neytronlarni o'z ichiga oladi va faqat bitta emas, ba'zan ko'p!
Neytron yadro ichida bo'lishi mumkin, agar u bilan harakat qilsa yuqori tezlik J", shuning uchun qisqa to'lqin uzunligiga ega. Va ko'proq tezlik, biz bilganimizdek, ko'proq energiyani anglatadi. Shuning uchun yadroni tashkil etuvchi neytronlar taxminan 50 MeV energiyasiga ega bo'lib, bu juda qisqa to'lqin uzunligiga to'g'ri keladi - taxminan 10-13 sm.Bu holat radioaktiv moddalarning beta-emirilish sirini tushuntirishga imkon berdi. uzoq vaqt olimlarni qiynab, ularning barcha xaritalarini chalkashtirib yubordi.
O'ziga begona atom yadrosiga uchib, u erda mutlaq g'alayonni yaratgan neytron dahshatli ta'sirga teng keladigan eng murakkab shovqinlarga dosh bera olmaydi. yuqori haroratlar, va proton va elektronga parchalanadi.
Bu kashfiyot olimlarga proton va neytronni bitta yadro zarrasi deb hisoblash imkonini berdi. Shuning uchun ularning nomi - nuklonlar. Ular faqat bitta holatda bo'lishi mumkin: proton yoki neytron.
Beta-parchalanishda neytronlardan biri protonga aylanadi. O'sha paytda elektron paydo bo'ladi. Uning zaryadi yangi tug'ilgan protonning musbat zaryadini qoplashi kerak. Biroq, beqaror yadrolarning radioaktiv parchalanish qonuniyatlari tufayli elektron orbitada o'z o'rniga ega emas va u yadroni tark etishga majbur bo'ladi. Bu beta zarracha bo'ladi. Barqaror bo'lmagan yadroning umumiy musbat zaryadi yana bittaga aylanadi.
O'z navbatida, ma'lum sharoitlarda proton neytronga aylanishi mumkin. Ammo keyin bir joyda u yo'qolishi kerak musbat zaryad. Bu zaryad elektronning aniq nusxasi bo'lgan zarracha tomonidan olib tashlanadi, lekin aksincha, ijobiy zaryadga ega. Bunday zarracha 1932 yilda topilgan. Amerikalik fizik K. Anderson va pozitronni nomladi. Bu ikkala transformatsiya ham boshqa neytral zarracha - neytrinoning chiqishi bilan birga keladi.
Beriliy manbai tomonidan chiqarilgan neytronlar katta tezlikda harakatlanadi. Binobarin, ularning samarali o'lchamlari yoki ular aytganidek, tasavvurlar juda kichik.
Yo'lda uchrashadigan yorug'lik elementlari atomlarining yadrolari bilan to'qnashganda, neytronlar ulardan sakrab tushadi va bilyard to'plari bir-biridan sakrab tushishi kabi parvoz yo'nalishini o'zgartiradi. Har bir bunday to'qnashuv neytronga energiyaning bir qismini sarflaydi, shuning uchun uning tezligi sekinlashadi va uning o'lchami yoki kesmasi ortadi.
Olimlar bundan foydalanib, neytronning massasi boʻyicha neytronga yaqin atomlar (vodorod, geliy, uglerod) boʻlgan moddalar bilan qayta-qayta toʻqnashuvi orqali uning harakatini sekinlashtirishdi. Neytronning o'zini to'g'ridan-to'g'ri kuzatish imkoniga ega bo'lmagani uchun, barcha "urilgan" va undan qaytgan atomlarning tezligi va energiyasini va shu bilan neytronning tezligini va energiyasini aniqlash va o'lchash oson.
Neytron zarracha sifatida protondan biroz og'irroq bo'lib chiqdi. Atom yadrosidan tashqarida u radioaktivdir va taxminan 11,7 daqiqa davomida erkin bo'lib, parchalana boshlaydi: protonga aylanib, elektron va neytrino chiqaradi. Neytronning parchalanishi paytida ajralib chiqadigan energiya miqdori taxminan 1 MeV ni tashkil qiladi. Bu neytronning protondan bir oz og'irroq ekanligini tushuntiradi.
Neytronlarning xulq-atvorini kuzatib, olimlar tez orada ularning yana bir ajoyib xususiyatini aniqladilar: qalin po'lat zirh orqali osonlikcha kirib, ular nafaqat gamma-nurlanish, balki oqim orqali ham osonlikcha kirib boradigan kadmiyning yupqa plastinkasini engishga qodir emaslar. beta zarralari (elektronlar).
Tez orada bu “g‘aroyiblik” ham ochildi.
Ayrim elementlar atomlarining yadrolari (kadmiy, bor, grafit va boshqalar) neytronni qaytarish o'rniga "tutib oladi", uni o'z ichiga oladi. Neytron qanchalik sekin harakat qilsa, bunday tutish shunchalik muvaffaqiyatli bo'ladi.