Масса и заряд нейтрона. Большая энциклопедия нефти и газа

Cтраница 1

Заряд нейтрона равен нулю. Следовательно, нейтроны не играют роли в величине заряда ядра атома. Этой же величине равен и порядковый номер хрома.  

Заряд протона qp e Заряд нейтрона равен нулю.  

Легко увидеть, что при этом заряд нейтрона равен нулю, а протона 1, как и полагается. Получаются все барионы, входящие в два семейства - восьмерку и десятку. Мезоны состоят из кварка и антикварка. Чертой обозначаются антикварки; их электрический заряд отличается знаком от заряда соответствующего кварка. В пи-мезон странный кварк не входит, пи-мезоны, как мы уже говорили, - частицы со странностью и спином, равными нулю.  

Так как заряд протона равен заряду электрона и заряд нейтрона равен пулю, то если выключить сильный взаимодействия, взаимодействие протона с электромагнитным полем А будет обычным взаимодействием дираковской частицы - Yp / V У нейтрона же электромагнитное взаимодействие отсутствовало бы.  

Обозначения: 67 - разность зарядов электрона и протона; q - заряд нейтрона; qg - абсолютная величина заряда электрона.  

Ядро состоит из заряженных положительно элементарных частиц - протонов и не несущих заряда нейтронов.  

В основу современных представлений о строении материи положено утверждение о существовании атомов вещества, состоящих из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов, образующих положительно заряженное ядро, и отрицательно заряженных вращающихся вокруг ядра электронов. Энергетические уровни электронов, согласно этой теории, носят дискретный характер, а потеря или приобретение ими некоторой дополнительной энергии рассматривается как переход с одного разрешенного энергетического уровня на другой. При этом дискретный характер энергетических электронных уровней становится причиной такого же дискретного поглощения или излучения электроном энергии при переходе с одного энергетического уровня на другой.  

Мы принимали, что заряд атома или молекулы полностью определяется скалярной суммой q Z (q Nqn, где Z - число пар электрон - протон, (q qp - qe - разность зарядов электрона и протона, Л - число нейтронов, a qn - заряд нейтрона.  

Заряд ядра определяется только числом протонов Z, а его массовое число А совпадает с полным числом протонов и нейтронов. Поскольку заряд нейтрона равен нулю, электрическое взаимодействие по закону Кулона между двумя нейтронами, а также между протоном и нейтроном отсутствует. В то же время между двумя протонами действует электрическая сила отталкивания.  

Далее, в пределах точности измерений, ни разу не был зарегистрирован ни один процесс столкновения, при котором не соблюдался бы закон сохранения заряда. Например, неотклоняемость нейтронов в однородных электрических полях позволяет рассматривать заряд нейтрона как равный нулю с точностью до 1 (Н7 заряда электрона.  

Мы уже говорили, что отличие магнитного момента протона от одного ядерного магнетона является удивительным результатом. Еще более удивительным (Представляется существование магнитного момента у не имеющего заряда нейтрона.  

Легко убедиться в том, что эти силы не сводятся ни к одному из типов сил, рассмотренных в предыдущих частях курса физики. В самом деле, если предположить, например, что между нуклонами в ядрах действуют гравитационные силы, то легко подсчитать по известным массам протона и нейтрона, что энергия связи на одну частицу окажется ничтожной - она будет в 1036 раз меньше той, которая наблюдается экспериментально. Отпадает также и предположение об электрическом характере ядерных сил. Действительно, в этом случае невозможно представить себе устойчивого ядра, состоящего из одного заряженного протона и не имеющего заряда нейтрона.  

Прочная связь, существующая между нуклонами в ядре, свидетельствует о наличии в атомных ядрах особых, так называемых ядерных сил. Легко убедиться в том, что эти силы не сводятся ни к одному из типов сил, рассмотренных в предыдущих частях курса физики. В самом деле, если предположить, например, что между нуклонами в ядрах действуют гравитационные силы, то легко подсчитать по известным массам протона и нейтрона, что энергия связи на одну частицу окажется ничтожной - она будет в 1038 раз меньше той, которая наблюдается экспериментально. Отпадает также и предположение об электрическом характере ядерных сил. Действительно, в этом случае невозможно представить себе устойчивого ядра, состоящего из одного заряженного протона и не имеющего заряда нейтрона.  

Размеры и массы атомов малы. Радиус атомов составляет 10 -10 м, а радиус ядра – 10 -15 м. Масса атома определяется делением массы одного моль атомов элемента на число атомов в 1 моль (N A = 6,02·10 23 моль -1). Масса атомов изменяется в пределах 10 -27 ~ 10 -25 кг. Обычно массу атомов выражают в атомных единицах массы (а.е.м.). За а.е.м. принята 1/12 массы атома изотопа углерода 12 С.

Основными характеристиками атома являются заряд его ядра (Z) и массовое число (А). Число электронов в атоме равно заряду его ядра. Свойства атомов определяются зарядом их ядер, числом электронов и их состоянием в атоме.

Основные свойства и строение ядра (теория состава атомных ядер)

1. Ядра атомов всех элементов (за исключением водорода) состоят из протонов и нейтронов.

2.Число протонов в ядре определяет значение его положительного заряда (Z). Z - порядковый номер химического элемента в периодической системе Менделеева.

3. Суммарное число протонов и нейтронов - значение его массы, так как масса атома в основном сосредоточена в ядре (99, 97% массы атома). Ядерные частицы - протоны и нейтроны - объединяются под общим названием нуклоны (от латинского слова nucleus, что означает “ядро”). Общее число нуклонов соответствует - массовому числу, т.е. округленной до целого числа его атомной массе А.

Ядра с одинаковыми Z , но различными А называются изотопами . Ядра, которые при одинаковом А имеют различные Z , называются изобарами . Всего известно около 300 устойчивых изотопов химических элементов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов

4. Число нейтронов в ядре N может быть найдено по разности между массовым числом (А ) и порядковым номером (Z ):

5. Размер ядра характеризуется радиусом ядра , имеющим условный смысл ввиду размытости границы ядра.

Плотность ядерного вещества составляет по порядку величины 10 17 кг/м 3 и постоянна для всех ядер. Она значительно превосходит плотности самых плотных обычных веществ.

Протонно-нейтронная теория позволила разрешить возникшие ранее противоречия в представлениях о составе атомных ядер и о его связи с порядковым номером и атомной массой.

Энергия связи ядра определяется величиной той работы, которую нужно совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны без придания им кинетической энергии. Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна выделяться такая же энергия, какую нужно затратить при расщеплении ядра на составляющие его нуклоны. Энергия связи ядра является разностью между энергией всех свободных нуклонов, составляющих ядро, и их энергией в ядре.

При образовании ядра происходит уменьшение его массы: масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов. Уменьшение массы ядра при его образовании объясняется выделением энергии связи. Если W св- величина энергии, выделяющейся при образовании ядра, то соответствующая ей масса Dm, равная

называется дефектом массы и характеризует уменьшение суммарной массы при образовании ядра из составляющих его нуклонов. Одной атомной единице массы соответствует атомная единица энергии (а.е.э.): а.е.э.=931,5016 МэВ.

Удельной энергией связи ядра w свназывается энергия связи, приходящаяся на один нуклон: w св= . Величина w свсоставляет в среднем 8 МэВ/нуклон. По мере увеличения числа нуклонов в ядре удельная энергия связи убывает.

Критерием устойчивости атомных ядер является соотношение между числом протонов и нейтронов в устойчивом ядре для данных изобаров. (А = const).

Ядерные силы

1. Ядерное взаимодействие свидетельствует о том, что в ядрах существуют особые ядерные силы , не сводящиеся ни к одному из типов сил, известных в классической физике (гравитационных и электромагнитных).

2. Ядерные силы являются короткодействующими силами. Они проявляются лишь на весьма малых расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10-15 м. Длина (1,5ј2,2)10-15 мназывается радиусом действия ядерных сил .

3. Ядерные силы обнаруживают зарядовую независимость : притяжение между двумя нуклонами одинаково независимо от зарядового состояния нуклонов - протонного или нуклонного. Зарядовая независимость ядерных сил видна из сравнения энергий связи в зеркальных ядрах . Так называются ядра, в которых одинаково общее число нуклонов, но число протонов в одном равно числу нейтронов в другом. Например, ядра гелия тяжелого водорода трития - .

4. Ядерные силы обладают свойством насыщения, которое проявляется в том, что нуклон в ядре взаимодействует лишь с ограниченным числом ближайших к нему соседних нуклонов. Именно поэтому наблюдается линейная зависимость энергий связи ядер от их массовых чисел (А). Практически полное насыщение ядерных сил достигается у a-частицы, которая является очень устойчивым образованием.

Радиоактивность, g -излучение, a и b - распад

1. Радиоактивностью называется превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц, ядер или жесткого рентгеновского излучения. Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

2. Обычно все типы радиоактивности сопровождаются испусканием гамма-излучения - жесткого, коротковолнового электроволнового излучения. Гамма-излучение является основной формой уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским ; возникающее дочернее ядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основное состояние сопровождается испусканием g-фотона.

3. Альфа-распадом называется испускание ядрами некоторых химических элементов a - частиц. Альфа-распад является свойством тяжелых ядер с массовыми числами А >200 и зарядами ядер Z >82. Внутри таких ядер происходит образование обособленных a-частиц, состоящих каждая из двух протонов и двух нейтронов, т.е. образуется атом элемента, смещенного в таблице периодической системы элементов Д.И. Менделеева (ПСЭ) на две клеточки влево от исходного радиоактивного элемента с массовым числом меньшим не 4 единицы (правило Содди – Фаянса):

4. Термином бета-распад обозначают три типа ядерных превращений: электронный (b-) и позитронный (b+) распады, а также электронный захват .

b- распад происходит преимущественно у сравнительно богатых нейтронами ядер. При этом нейтрон ядра распадается на протон, электрон и антинейтрино () с нулевым зарядом и массой.

При b- распаде массовое число изотопа не изменяется, так как общее число протонов и нейтронов сохраняется, а заряд увеличивается на 1. Поэтому, атом образовавшегося химического элемента смещается ПСЭ на одну клеточку вправо от исходного элемента, а его массовое число не изменяется (правило Содди – Фаянса):

b+- распад происходит преимущественно у относительно богатых протонами ядер. При этом протон ядра распадается на нейтрон, позитрон и нейтрино ().

.

При b+- распаде массовое число изотопа не изменяется, так как общее число протонов и нейтронов сохраняется, а заряд уменьшается на 1. Поэтому, атом образовавшегося химического элемента смещается ПСЭ на одну клеточку влево от исходного элемента, а его массовое число не изменяется (правило Содди – Фаянса):

5. В случае электронного захвата превращение заключается в том, что исчезает один из электронов в ближайшем к ядру слое. Протон, превращаясь в нейтрон, как бы “захватывает” электрон; отсюда произошел термин ”электронный захват”. Электронный захват в отличие от b±-захвата сопровождается характеристическим рентгеновским излучением.

6. b--распад происходит у естественно-радиоактивных, а также искусственно-радиоактивных ядер; b+-распад характерен только для явления искусственной радиоактивности.

7. g- излучение: при возбуждении ядро атома испускает электромагнитное излучение с малой длиной волны и высокой частотой, обладающее большой жесткостью и проникающей способностью, чем рентгеновское излучение. В результате энергия ядра уменьшается, а массовое число и заряд ядра остаются не низменными. Поэтому превращение химического элемента в другой не наблюдается, а ядро атома переходит в менее возбужденное состояние.

Весь материальный мир, по данным современной физики, построен из трех элементарных частиц: протона, нейтрона и электрона. Кроме того, согласно данным науки, во вселенной существуют и другие «элементарные» частицы материи, одних названий которых явно больше нормы. При этом, функция этих других «элементарных частиц» в существовании и эволюции мироздания непонятна.

Рассмотрим иную интерпретацию элементарных частиц:

Существует только одна элементарная частица материи – протон. Все остальные «элементарные частицы», включая нейтрон и электрон, являются только производными от протона, и им в эволюции вселенной отводится весьма скромная роль. Рассмотрим, как образуются такие «элементарные частицы».

Строение элементарной частицы материи мы подробно рассмотрели в статье « «. Коротко об элементарной частице:

• Элементарная частица материи имеет форму вытянутой, в пространстве, нити.
• Элементарная частица способна к растяжению. В процессе растяжения плотность материи внутри элементарной частицы падает.
• Участок элементарной частицы, где плотность материи падает в два раза, мы назвали квантом материи .
• В процессе движения, элементарная частица непрерывно поглощает (сворачивает, ) энергию.
• Точка поглощения энергии(точка аннигиляции ) находится на острие вектора движения элементарной частицы.
• Точнее: на острие активного кванта материи.
• Поглощая энергию, элементарная частица непрерывно наращивает скорость своего поступательного движения.
• Элементарная частица материи представляет собой диполь. В котором силы притяжения сосредоточены в передней части (по ходу движения) частицы, а силы отталкивания — в задней части.

Свойство элементарной в пространстве теоретически означает возможность уменьшения плотности материи до нулевой отметки. А это, в свою очередь, означает возможность ее механического разрыва: место разрыва элементарной частицы материи можно представить как ее участок с нулевой плотностью материи.

В процессе аннигиляции (поглощения энергии) элементарная частица, сворачивая энергию, непрерывно увеличивает скорость своего поступательного движения в пространстве.

Эволюция галактики, в конце концов, приводит элементарные частицы материи к моменту, когда они становятся способны оказать разрывающее воздействие друг на друга. Элементарные частицы могут встретиться не на параллельных курсах, когда одна частица подходит к другой медленно и плавно, как корабль к причалу. Они могут встретиться в пространстве и на встречных траекториях. Тогда жесткое столкновение и, как следствие – разрыв элементарной частицы – почти неизбежно. Они могут попасть под очень мощную волну возмущения энергии, что также ведет к разрыву.

Что же могут представлять собой «обломки», образовавшиеся в результате разрыва элементарной частицы материи?

Рассмотрим случай, когда в результате стороннего воздействия, из элементарных частиц материи – атом дейтерия — распалась на протон и нейтрон.

Разрыв парной структуры происходит не в месте их соединения — . Разрывается одна из двух элементарных частиц парной структуры.

Протон и нейтрон отличаются друг от друга своим строением.

• Протон – это чуть укороченная (после разрыва) элементарная частица,
• нейтрон – структура, состоящая из одной полноценной элементарной частицы и «обрубка» — передней, легкой оконечности первой частицы.

Полноценная элементарная частица имеет полный набор — «N» квантов материи в своем составе. Протон имеет «N-n» квантов материи. Нейтрон же имеет «N+n» квантов.

Поведение протона ясно. Даже лишившись оконечных квантов материи, он продолжает активно энергию: плотность материи его нового оконечного кванта всегда соответствует условиям аннигиляции. Этот новый оконечный квант материи становится новой точкой аннигиляции. В общем, протон ведет себя, как положено. Свойства протонов хорошо описаны в любом учебнике физики. Только он станет чуть легче своего «полноценного» собрата – полноценной элементарной частицы материи.

Иначе ведет себя нейтрон. Рассмотрим сначала строение нейтрона. Именно его строение объясняет его «странности».

По сути, нейтрон состоит из двух частей. Первая часть – это полноценная элементарная частица материи с точкой аннигиляции в своей передней оконечности. Вторая часть – сильно укороченный, легкий «обрубок» первой элементарной частицы, оставшийся после разрыва двойной структуры, и также обладающий точкой аннигиляции. Эти две части соединены между собой точками аннигиляции. Таким образом, нейтрон имеет двойную точку аннигиляции.

Логика мышления подсказывает, что эти две разновесные части нейрона будут вести себя по-разному. Если первая часть, представляющая собой полновесную элементарную частицу, будет, как положено, аннигилировать свободную энергию и постепенно разгоняться в пространстве вселенной, то вторая, легковесная часть, начинает аннигилировать свободную энергию более высокими темпами.

Движение элементарной частицы материи в пространстве осуществляется благодаря : диффузирующая энергия тащит частицу, попавшую в ее потоки. Понятно, что чем менее массивна частица материи, тем легче потокам энергии тащить за собой эту частицу, тем выше скорость этой частицы. Понятно, что чем большее количество энергии одномоментно сворачивает активный квант, тем мощнее потоки диффузирующей энергии, тем легче этим потокам тащить за собой частицу. Получаем зависимость: Скорость поступательного движения частицы материи в пространстве пропорциональна массе материи ее активного кванта и обратно пропорциональна общей массе частицы материи :

Вторая, легковесная часть нейтрона имеет массу, многократно меньшую массы полновесной элементарной частицы материи. Но массы их активных квантов равны. То есть: они аннигилируют энергию одинаковыми темпами. Получаем: скорость поступательного движения второй части нейтрона будет стремиться быстро нарастать, и она начинает быстрее аннигилировать энергию. (Чтобы не вносить путаницу, будем называть вторую, легковесную, часть нейтрона электроном).

рисунок нейтрона

Резко повышающееся количество одномоментно аннигилируемой энергии электроном, пока он находится в составе нейтрона, ведет к инертности нейтрона. Электрон начинает аннигилировать больше энергии, чем его «сосед» — полноценная элементарная частица. Оторваться от общей точки аннигиляции нейтрона он пока не может: мешают мощные силы притяжения. В результате, электрон начинает «съедать» позади общей точки аннигиляции.

Одновременно, электрон начинает смещение относительно своего напарника и его сгущение свободной энергии попадает в зону действия точки аннигиляции своего соседа. Который немедленно начинает «съедать» это сгущение. Такое переключение электрона и полноценной частицы на «внутренние» ресурсы – сгущение свободной энергии позади точки аннигиляции – ведет к стремительному падению сил притяжения и отталкивания нейтрона.

Отрыв электрона от общей структуры нейтрона происходит в момент, когда смещение электрона относительно полновесной элементарной частицы станет достаточно большим, сила, стремящаяся разорвать путы притяжения двух точек аннигиляции, начинает превышать силу притяжения этих точек аннигиляции, и вторая, легкая часть нейтрона (электрон) быстро улетает прочь.

В результате, нейтрон распадается на две единицы: полноценную элементарную частицу — протон и легкую, укороченную часть элементарной частицы материи — электрон.

Согласно современным данным, структура одиночного нейтрона существует около пятнадцати минут. Далее он самопроизвольно распадается на протон и электрон. Эти пятнадцать минут – есть время смещения электрона относительно общей точки аннигиляции нейтрона и его борьбы за свою «свободу».

Подведем некоторые итоги:

• ПРОТОН – это полноценная элементарная частица материи, с одной точкой аннигиляции, либо тяжелая часть элементарной частицы материи, оставшаяся после отрыва от нее легких квантов.
• НЕЙТРОН — это двойная структура, имеющая две точки аннигиляции, и состоящая из элементарной частицы материи, и легкой, передней части другой элементарной частицы материи.
• ЭЛЕКТРОН – передняя часть элементарной частицы материи, имеющая одну точку аннигиляции, состоящая из легких квантов, образовавшаяся в результате разрыва элементарной частицы материи.
• Признаваемая наукой структура «протон — нейтрон» — есть АТОМ ДЕЙТЕРИЯ –структура из двух элементарных частиц, имеющая двойную точку аннигиляции.

Электрон не является самостоятельной элементарной частицей, вращающейся вокруг ядра атома.

Электрона, каким считает его наука, нет в составе атома.

И ядра атома, как такового, не существует в природе, как не существует и нейтрона в виде самостоятельной элементарной частицы материи.

И электрон, и нейтрон представляют собой производные от парной структуры из двух элементарных частиц, после ее разрыва на две неравные части в результате стороннего воздействия. В составе атома любого химического элемента протон и нейтрон представляют собой стандартную парную структуру — две полновесные элементарные частицы материи – два протона, объединенных точками аннигиляции .

В современной физике существует незыблемое положение, что протон и электрон имеют равные, но противоположные электрические заряды. Якобы в результате взаимодействия этих противоположных зарядов они притягиваются друг к другу. Довольно логичное объяснение. Оно верно отражает механизм явления, но совершенно неверно – его суть.

Элементарные частицы не имеют ни положительного, ни отрицательного «электрических» зарядов, как не существует особой формы материи в виде «электрического поля». Такое «электричество» — есть выдумка человека, вызванная его неспособностью объяснить существующее положение вещей.

«Электрическое» и электрона друг к другу на самом деле создается потоками энергии, направленными к их точкам аннигиляции, в результате их поступательного движения в пространстве вселенной. Когда они попадают в зону действия сил притяжения друг друга. Это действительно выглядит как взаимодействие равных по величине, но противоположных электрических зарядов.

«одноименных электрических зарядов», например: двух протонов или двух электронов также имеет другое объяснение. Отталкивание происходит, когда одна из частиц попадает в зону действия сил отталкивания другой частицы – то есть в зону сгущения энергии позади ее точки аннигиляции. Это мы рассмотрели в предыдущей статье.

Взаимодействие «протон – антипротон», «электрон – позитрон» также имеет другое объяснение. Под таким взаимодействием мы понимаем взаимодействие дух протонов или электронов, когда они движутся на встречных курсах. В этом случае, благодаря их взаимодействию только притяжением (отталкивания нет, поскольку зона отталкивания каждой из них находится позади них), происходит их жесткий контакт. В результате, вместо двух протонов (электронов) получаем совершенно другие «элементарные частицы», которые на самом деле являются производными от жесткого взаимодействия этих двух протонов (электронов).

Атомное строение веществ. Модель атома

Рассмотрим строение атома.

Нейтрона и электрона – как элементарных частиц материи — не существует. Это мы рассмотрели выше. Соответственно: не существует и никакого ядра атома и его электронной оболочки. Эта ошибка является мощным препятствием на пути дальнейшего исследования структуры материи.

Единственной элементарной частицей материи является только протон. Атом любого химического элемента состоит из парных структур из двух элементарных частиц материи (за исключением изотопов, где к парной структуре добавляются еще элементарные частицы).

Для наших дальнейших рассуждений необходимо рассмотреть понятие общей точки аннигиляции.

Элементарные частицы материи взаимодействуют между собой точками аннигиляции. Это взаимодействие ведет к образованию материальных структур: атомов, молекул, физических тел… Которые имеют общую точку аннигиляции атома, общую точку аннигиляции молекулы…

ОБЩАЯ ТОЧКА АННИГИЛЯЦИИ – есть объединение двух единичных точек аннигиляции элементарных частиц материи в общую точку аннигиляции парной структуры, или общих точек аннигиляции парных структур в общую точку аннигиляции атома химического элемента, или общих точек аннигиляции атомов химических элементов – в общую точку аннигиляции молекулы .

Главное здесь, что объединение из частиц материи выступает притяжением и отталкиванием как единый цельный объект. В конце концов, даже любое физическое тело можно представить как общую точку аннигиляции этого физического тела: это тело притягивает к себе другие физические тела как единый, цельный физический объект, как единая точка аннигиляции. В этом случае мы получаем гравитационные явления – притяжение между физическими телами.

В фазе цикла развития галактики, когда силы притяжения становятся достаточно большим, начинается объединение атомов дейтерия в структуры других атомов. Атомы химических элементов образуются последовательно, по мере повышения скорости поступательного движения элементарных частиц материи (читай: повышения скорости поступательного движения галактики в пространстве вселенной) путем присоединения к атому дейтерия новых парных структур из элементарных частиц материи.

Объединение происходит последовательно: в каждом новом атоме появляется по одной новой парной структуре из элементарных частиц материи (реже – по одиночной элементарной частице). Что дает нам объединение атомов дейтерия в структуру других атомов:

1. Появляется общая точка аннигиляции атома. Это означает, что взаимодействовать притяжением и отталкиванием со всеми остальными атомами и элементарными частицами наш атом будет как единая цельная структура.
2. Появляется пространство атома, внутри которого плотность свободной энергии будет многократно превышать плотность свободной энергии вне его пространства. Очень высокая плотность энергии позади единичной точки аннигиляции внутри пространства атома просто не будет успевать сильно падать: слишком малы расстояния между элементарными частицами. Средняя плотность свободной энергии во внутриатомном пространстве многократно превышает значение константы плотности свободной энергии пространства вселенной.

В построении атомов химических элементов, молекул химических веществ, физических тел, проявляется важнейший закон взаимодействия материальных частиц и тел:

Сила внутриядерных, химических, электрических, гравитационных связей зависит от расстояний между точками аннигиляции внутри атома, между общими точками аннигиляции атомов внутри молекул, между общими точками аннигиляции молекул внутри физических тел, между физическими телами. Чем меньше расстояние между общими точками аннигиляции, тем более мощные силы притяжения действуют между ними .

Понятно, что:

• Под внутриядерными связями мы имеем ввиду взаимодействия между элементарными частицами и между парными структурами внутри атомов.
• Под химическими связями мы имеем ввиду взаимодействия между атомами в структуре молекул.
• Под электрическими связями мы понимаем взаимодействия между молекулами в составе физических тел, жидкостей, газов.
• Под гравитационными связями мы имеем ввиду взаимодействия между физическими телами.

Образование второго химического элемента — атома гелия — происходит, когда галактика разгоняется в пространстве до достаточно высокой скорости.Когда силы притяжения двух атомов дейтерия достигнет большой величины, они сближаются на расстояния, позволяющие им соединиться в счетверенную структуру атома гелия.

Дальнейшее повышение скорости поступательного движения галактики ведет к образованию атомов последующих (согласно таблице Менделеева) химических элементов. При этом: генезису атомов каждого химического элемента соответствует своя, строго определенная скорость поступательного движения галактики в пространстве вселенной. Назовем ее стандартной скоростью образования атома химического элемента .

Атом гелия – второй после водорода атом, образовавшийся в галактике. Затем, по мере повышения скорости поступательного движения галактики, к атому гелия прорывается следующий атом дейтерия. Это означает, что скорость поступательного движения галактики достигла стандартной скорости образования атома лития. Затем она достигнет стандартной скорости образования атома бериллия, углерода…, и так далее, согласно таблице Менделеева.

модель атома

На приведенной схеме мы можем видеть, что:

1. Каждый период в составе атома представляет собой кольцо из парных структур.
2. Центр атома всегда занимает счетверенная структура атома гелия.
3. Все парные структуры одного периода расположены строго в одной плоскости.
4. Расстояния между периодами намного больше, чем расстояния между парными структурами внутри одного периода.

Разумеется, это весьма упрощенная схема, и она не отражает всех реальностей построения атомов. Например: каждая новая парная структура, присоединяясь к атому, смещает и остальные парные структуры того периода, к которому присоединяется.

Получаем принцип построения периода в виде кольца вокруг геометрического центра атома:

• структура периода строится в одной плоскости. Этому способствует общий вектор поступательного движения всех элементарных частиц галактики.
• парные структуры одного периода строятся вокруг геометрического центра атома на равном расстоянии.
• атом, вокруг которого строится новый период, ведет себя к этому новому периоду как единая целостная система.

Вот и получаем важнейшую закономерность построения атомов химических элементов:

ЗАКОНОМЕРНОСТЬ СТРОГО ОПРЕДЕЛЕННОГО КОЛИЧЕСТВА ПАРНЫХ СТРУКТУР: одновременно, на определенном расстоянии от геометрического центра общей точки аннигиляции атома может находиться только определенное количество парных структур из элементарных частиц материи.

То есть: во втором, третьем периодах таблицы Менделеева – по восемь элементов, в четвертом, пятом — по восемнадцать, в шестом, седьмом – по тридцать два. Увеличивающийся диаметр атома позволяет увеличиваться количеству парных структур в каждом последующем периоде.

Понятно, что эта закономерность определяет принцип периодичности построения атомов химических элементов, открытого еще Д.И. Менделеевым.

Каждый период внутри атома химического элемента ведет себя по отношению к нему как единая целостная система. Это определяется скачками расстояний между периодами: намного большими, чем расстояния между парными структурами внутри периода.

Атом с неполным периодом проявляет химическую активность в соответствии выше названной закономерности. Поскольку существует дисбаланс сил притяжения и отталкивания атома в пользу сил притяжения. Но с присоединением последней парной структуры дисбаланс исчезает, новый период приобретает форму правильного круга — становится единой, целостной, завершенной системой. А мы получаем атом инертного газа.

Важнейшей закономерностью построения структуры атома является: атом имеет плоско — каскадную структуру . Что-то наподобие люстры.

• парные структуры одного периода должны располагаться в одной плоскости, перпендикулярной вектору поступательного движения атома.
• в то же время периоды в атоме должны располагаться каскадом.

Это объясняет, почему во втором и третьем периодах (также как и в четвертом – пятом, шестом — седьмом) одинаковое количество парных структур (смотри рисунок ниже). Такая структура атома есть следствие распределения сил притяжения и отталкивания элементарной частицы: силы притяжения действуют в передней (по ходу движения) полусфере частицы, силы отталкивания – в задней полусфере .

В противном случае, сгущения свободной энергии позади точек аннигиляции одних парных структур попадают в зону притяжения точек аннигиляции других парных структур, и атом неминуемо развалится.

Ниже мы видим схематичное объемное изображения атома аргона

модель атома аргона

На нижеприведенном рисунке мы можем видеть «разрез», вид «сбоку» -двух периодов атома — второго и третьего:

Именно так должны быть отриентированы, относительно центра атома, парные структуры в периодах с равным количеством парных структур (второй — третий, четвертый — пятый, шастой — седьмой).

Количество энергии в сгущении позади точки аннигиляции элементарной частицы непрерывно растет. Это становится понятным из формулы:

E 1 ~m(C+W)/2

Е 2 ~m(C–W)/2

ΔE= Е 1 –Е 2 = m(C+W)/2 — m(C–W)/2

ΔE~W×m

где:

Е 1 – количество свободной энергии, сворачиваемой (поглощаемой) точкой аннигиляции с передней полусферы движения.

Е 2 — количество свободной энергии сворачиваемой (поглощаемой) точкой аннигиляции с задней полусферы движения.

ΔЕ – разница между количеством свободной энергии сворачиваемой (поглощаемой) с передней и задней полусфер движения элементарной частицы.

W – скорость движения элементарной частицы.

Здесь мы видим непрерывный рост массы сгущения энергии позади точки аннигиляции движущейся частицы, по мере повышения скорости ее поступательного движения.

В структуре атома это проявится в том, что плотность энергии позади структуры каждого последующего атома будет расти в геометрической прогрессии. Точки аннигиляции своей силой притяжения «железной хваткой» держат друг друга. В то же время, растущая сила отталкивания будет все больше отклонять друг от друга парные структуры атома. Вот и получаем плоско – каскадное построение атома.

Атом, по форме, должен напоминать форму чаши, где «дном» является структура атома гелия. А «краями» чаши является последний период. Места «изгибов чаши»: второй – третий, четвертый – пятый, шестой – седьмой периоды. Эти «изгибы» и позволяют образовывать разные периоды с равным количество парных структур

модель атома гелия

Именно плоско — каскадная структура атома и кольцевое расположение парных структур в нем, определяют периодичность и рядность построения периодической системы химических элементов Менделеева, периодичность проявления схожих химических свойств атомов одного ряда периодической таблицы.

Плоско — каскадная структура атома дает появление единого пространства атома с высокой плотностью свободной энергии.

• Все парные структуры атома ориентированы в направлении центра атома (вернее: в направлении точки, находящейся на геометрической оси атома, по направлению движения атома).
• Все индивидуальные точки аннигиляции располагаются по кольцам периодов внутри атома.
• Все индивидуальные сгущения свободной энергии расположены позади их точек аннигиляции.

Результат: единое сгущение свободной энергии высокой плотности, границы которого являются границами атома. Эти границы, как мы понимаем, есть границы действия сил, известных в науке как силы Юкавы.

Плоско-каскадная структура атома дает перераспределение зон сил притяжения и отталкивания определенным образом. Перераспределение зон сил притяжения и отталкивания мы наблюдаем уже у парной структуры:

Зона действия сил отталкивания парной структуры увеличивается за счет зоны действия сил ее притяжения (по сравнению с одиночными элементарными частицами). Зона действия сил притяжения соответственно уменьшается. (Уменьшается зона действия силы притяжения, но никак не сама сила). Плоско – каскадная структура атома дает нам еще большее увеличение зоны действия сил отталкивания атома.

• С каждым новым периодом, зона действия сил отталкивания стремится к форме полного шара.
• Зона действия сил притяжения будет представлять собой все более уменьшающийся в диаметре конус

В построении нового периода атома прослеживается еще одна закономерность: все парные структуры одного периода расположены строго симметрично относительно геометрического центра атома, независимо от количества парных структур в периоде .

Каждая новая парная структура, присоединяясь, меняет расположение всех остальных парных структур периода так, что расстояния между ними в периоде всегда равны друг другу. Эти расстояния уменьшаются с присоединением следующей парной структуры. Неполный внешний период атома химического элемента делает его химически активным.

Расстояния между периодами, намного большие, чем расстояния между парными частицами внутри периода, делают периоды относительно независимыми друг от друга.

Каждый период атома относится ко всем другим периодам и ко всему атому как независимая цельная структура.

Это определяет, что химическая активность атома почти на 100% определяется только последним периодом атома. Полностью заполненный последний период дает нам максимально заполненную зону сил отталкивания атома. Химическая активность атома почти нулевая. Атом, как мячик, отталкивает от себя другие атомы. Мы здесь видим газ. И не просто газ, а инертный газ.

Присоединение первой парной структуры нового периода меняет эту идиллическую картину. Распределение зон действия сил отталкивания и притяжения меняется в пользу сил притяжения. Атом становится химически активным. Это атом щелочного металла.

С присоединением каждой следующей парной структуры меняется баланс зон распределения сил притяжения и отталкивания атома: зона сил отталкивания усиливается, зона сил притяжения уменьшается. И каждый следующий атом становится чуть менее металлом и чуть более – неметаллом.

Плоско – каскадная форма атомов, перераспределение зон действия сил притяжения и отталкивания дает нам следующее: Атом химического элемента, встречаясь с другим атомом даже на встречных курсах, в обязательном порядке попадает в зону действия сил отталкивания этого атома. И не разрушается сам и не разрушает этот другой атом.

Все это приводит нас к замечательному результату: атомы химических элементов, вступая в соединения друг с другом, образуют объемные структуры молекул. В противовес плоско – каскадной структуре атомов . Молекула — есть устойчивая объемная структура из атомов.

Рассмотрим потоки энергии внутри атомов и молекул.

Прежде всего отметим, что элементарная частица будет поглощать энергию циклами. То есть: в первую половину цикла элементарная частица поглощает энергию из ближайшего пространства. Здесь образуется пустота – пространство без свободной энергии.

Во вторую половину цикла: энергии из более дальнего окружения немедленно станет заполнять образовавшуюся пустоту. То есть – в пространстве возникнут потоки энергии, направленные к точке аннигиляции. Частица получает положительный импульс поступательного движения. А связанная энергия внутри частицы начнет перераспределять свою плотность.

Что нам здесь интересно.

Поскольку цикл аннигиляции делится на две фазы: фазу поглощения энергии и фазу движения энергии (заполнение пустоты), то средняя скорость потоков энергии в районе точки аннигиляции уменьшится, грубо говоря – в два раза.

И, что чрезвычайно важно:

В построении атомов, молекул, физических тел проявляется очень важная закономерность: устойчивость всех материальных структур, как то: парных структур – атомов дейтерия, отдельных периодов вокруг атомов, атомов, молекул, физических тел обеспечивается строгой упорядоченностью процессов их аннигиляции .

Рассмотрим это.

1. Потоки энергии, создаваемые парной структурой. В парной структуре элементарные частицы аннигилируют энергию синхронно. В противном случае, элементарные частицы «съедали» бы сгущение энергии позади точки аннигиляции друг друга. Получаем четкие волновые характеристики парной структуры. Кроме того, напоминаем, что благодаря цикличности процессов аннигиляции, средняя скорость потоков энергии здесь падает в два раза.
2. Потоки энергии внутри атома. Принцип тот же: все парные структуры одного периода должны аннигилировать энергию синхронно – синхронными циклами. Точно также: процессы аннигиляции внутри атома должны быть синхронизированы между периодами. Любая асинхронность ведет к разрушению атома. Здесь синхронность может чуть меняться. Можно предположить, что периоды в атоме аннигилируют энергию последовательно, друг за другом, волной.
3. Потоки энергии внутри молекулы, физического тела. Расстояния между атомами в структуре молекулы многократно превышают расстояния между периодами внутри атома. Кроме того, молекула имеет объемную структуру. Точно также, как и любое физическое тело имеет объемную структуру. Понятно, что синхронность процессов аннигиляции здесь должна быть последовательная. Направленная от периферии к центру, или наоборот: от центра — к периферии — считайте как угодно.

Принцип синхронности дает нам ещё две закономерностьи:

• Скорость потоков энергии внутри атомов, молекул, физических тел значительно меньше константы скорости движения энергии в пространстве вселенной. Эта закономерность поможет нам понять (в статье №7) процессы электричества.
• Чем большую структуру мы видим (последовательно: элементарная частица, атом, молекула, физическое тело), тем большую длину волны в ее волновых характеристиках мы будем наблюдать. Это касается и физических тел: чем большеймассой обладает физическое тело, тем большей длиной волны оно обладает.

Протон -- стабильная частица из класса адронов, ядро атома водорода.

Трудно сказать, какое событие следует считать открытием протона: ведь как ион водорода он был известен уже давно. В открытии протона сыграли роль и создание Э. Резерфордом планетарной модели атома (1911), и открытие изотопов (Ф. Содди, Дж. Томсон, Ф. Астон, 1906--1919), и наблюдение ядер водорода, выбитых альфа-частицами из ядер азота (Э. Резерфорд, 1919). В 1925 г. П. Блэкетт получил в камере Вильсона (см. Детекторы ядерных излучений) первые фотографии следов протона, подтвердив открытие искусственного превращения элементов. В этих опытах?-частица захватывалась ядром азота, которое испускало протон и превращалось в изотоп кислорода.

Вместе с нейтронами протоны образуют атомные ядра всех химических элементов, причем число протонов в ядре определяет атомный номер данного элемента. Протон имеет положительный электрический заряд, равный элементарному заряду, т. е. абсолютной величине заряда электрона. Это проверено на эксперименте с точностью до 10-21. Масса протона mp = (938,2796 ± 0,0027)МэВ или ~ 1,6-10-24 г, т. е. протон в 1836 раз тяжелее электрона! С современной точки зрения протон не является истинно элементарной частицей: он состоит из двух u-кварков с электрическими зарядами +2/3 (в единицах элементарного заряда) и одного d-кварка с электрическим зарядом -1/3. Кварки связаны между собой обменом другими гипотетическими частицами -- глюонами, квантами поля, переносящего сильные взаимодействия. Данные экспериментов, в которых рассматривались процессы рассеяния электронов на протонах, действительно свидетельствуют о наличии внутри протонов точечных рассеивающих центров. Эти опыты в определенном смысле очень похожи на опыты Резерфорда, приведшие к открытию атомного ядра. Будучи составной частицей, протон имеет конечные размеры ~ 10-13 см, хотя, разумеется, его нельзя представлять как твердый шарик. Скорее, протон напоминает облако с размытой границей, состоящее из рождающихся и аннигилирующих виртуальных частиц.Протон, как и все адроны, участвует в каждом из фундаментальных взаимодействий. Так. сильные взаимодействия связывают протоны и нейтроны в ядрах, электромагнитные взаимодействия -- протоны и электроны в атомах. Примерами слабых взаимодействий могут служить бета-распад нейтрона или внутриядерное превращение протона в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино (для свободного протона такой процесс невозможен в силу закона сохранения и превращения энергии, так как нейтрон имеет несколько большую массу). Спин протона равен 1/2. Адроны с полуцелым спином называются барионами (от греческого слова, означающего «тяжелый»). К барионам относятся протон, нейтрон, различные гипероны (?, ?, ?, ?) и ряд частиц с новыми квантовыми числами, большинство из которых еще не открыто. Для характеристики барионов введено особое число -- барионный заряд, равный 1 для барионов, - 1 -- для антибарионов и О -- для всех прочих частиц. Барионный заряд не является источником барионного поля, он введен лишь для описания закономерностей, наблюдавшихся в реакциях с частицами. Эти закономерности выражаются в виде закона сохранения барионного заряда: разность между числом барионов и антибарионов в системе сохраняется в любых реакциях. Сохранение барионного заряда делает невозможным распад протона, ибо он легчайший из барионов. Этот закон носит эмпирический характер и, безусловно, должен быть проверен на эксперименте. Точность закона сохранения барионного заряда характеризуется стабильностью протона, экспериментальная оценка для времени жизни которого дает значение не меньше 1032 лет.

В то же время в теориях, объединяющих все виды фундаментальных взаимодействий, предсказываются процессы, приводящие к нарушению барионного заряда и к распаду протона. Время жизни протона в таких теориях указывается не очень точно: примерно 1032±2 лет. Это время огромно, оно во много раз больше времени существования Вселенной (~ 2*1010 лет). Поэтому протон практически стабилен, что сделало возможным образование химических элементов и в конечном итоге появление разумной жизни. Однако поиски распада протона представляют сейчас одну из важнейших задач экспериментальной физики. При времени жизни протона ~ 1032 лет в объеме воды в 100 м3 (1 м3 содержит ~ 1030 протонов) следует ожидать распада одного протона в год. Остается всего лишь зарегистрировать этот распад. Открытие распада протона станет важным шагом к правильному пониманию единства сил природы.

Нейтрон -- нейтральная частица, относящаяся к классу адронов. Открыт в 1932 г. английским физиком Дж. Чедвиком. Вместе с протонами нейтроны входят в состав атомных ядер. Электрический заряд нейтрона qn равен нулю. Это подтверждается прямыми измерениями заряда по отклонению пучка нейтронов в сильных электрических полях, показавшими, что |qn| <10-20e (здесь е -- элементарный электрический заряд, т. е. абсолютная величина заряда электрона). Косвенные данные дают оценку |qn|< 2?10-22 е. Спин нейтрона равен 1/2. Как адрон с полуцелым спином, он относится к группе барионов. У каждого бариона есть античастица; антинейтрон был открыт в 1956 г. в опытах по рассеянию антипротонов на ядрах. Антинейтрон отличается от нейтрона знаком барионного заряда; у нейтрона, как и у протона, барионный заряд равен +1.Как и протон и прочие адроны, нейтрон не является истинно элементарной частицей: он состоит из одного u-кварка с электрическим зарядом +2/3 и двух d-кварков с зарядом - 1/3, связанных между собой глюонным полем.

Нейтроны устойчивы лишь в составе стабильных атомных ядер. Свободный нейтрон -- нестабильная частица, распадающаяся на протон (р), электрон (е-) и электронное антинейтрино. Время жизни нейтрона составляет (917 ?14) с, т. е. около 15 мин. В веществе в свободном виде нейтроны существуют еще меньше вследствие сильного поглощения их ядрами. Поэтому они возникают в природе или получаются в лаборатории только в результате ядерных реакций.

По энергетическому балансу различных ядерных реакций определена величина разности масс нейтрона и протона: mn-mp(1,29344 ±0,00007) МэВ. Из сопоставления ее с массой протона получим массу нейтрона: mn = 939,5731 ± 0,0027 МэВ; это соответствует mn ~ 1,6-10-24.Нейтрон участвует во всех видах фундаментальных взаимодействий. Сильные взаимодействия связывают нейтроны и протоны в атомных ядрах. Пример слабого взаимодействия -- бета-распад нейтрона.

Участвует ли эта нейтральная частица в электромагнитных взаимодействиях? Нейтрон обладает внутренней структурой, и в нем при общей нейтральности существуют электрические токи, приводящие, в частности, к появлению у нейтрона магнитного момента. Иными словами, в магнитном поле нейтрон ведет себя подобно стрелке компаса. Это лишь один из примеров его электромагнитного взаимодействия. Большой интерес приобрели поиски дипольного электрического момента нейтрона, для которого была получена верхняя граница. Здесь самые эффективные опыты удалось поставить ученым Ленинградского института ядерной физики АН СССР; поиски дипольного момента нейтронов важны для понимания механизмов нарушения инвариантности относительно обращения времени в микропроцессах.

Гравитационные взаимодействия нейтронов наблюдались непосредственно по их падению в поле тяготения Земли.

Сейчас принята условная классификация нейтронов по их кинетической энергии:

медленные нейтроны (<105эВ, есть много их разновидностей),

быстрые нейтроны (105?108эВ), высокоэнергичные (> 108эВ).

Весьма интересными свойствами обладают очень медленные нейтроны(10-7эВ), которые получили название ультрахолодных. Оказалось, что ультрахолодные нейтроны можно накапливать в «магнитных ловушках» и даже ориентировать там их спины в определенном направлении. С помощью магнитных полей специальной конфигурации ультрахолодные нейтроны изолируются от поглощающих стенок и могут «жить» в ловушке, пока не распадутся. Это позволяет проводить многие тонкие эксперименты по изучению свойств нейтронов. Другой метод хранения ультрахолодных нейтронов основан на их волновых свойствах. Такие нейтроны можно просто хранить в замкнутой «банке». Эта идея была высказана советским физиком Я. Б. Зельдовичем в конце 1950-х гг., и первые результаты были получены в Дубне в институте ядерных исследований спустя почти десятилетие.

Недавно ученым удалось построить сосуд, в котором ультрахолодные нейтроны живут до своего естественного распада.

Свободные нейтроны способны активно взаимодействовать с атомными ядрами, вызывая ядерные реакции. В результате взаимодействия медленных нейтронов с веществом можно наблюдать резонансные эффекты, дифракционное рассеяние в кристаллах и т. п. Благодаря этим своим особенностям нейтроны широко используются в ядерной физике и физике твердого тела. Они играют важную роль в ядерной энергетике, в производстве трансурановых элементов и радиоактивных изотопов, находят практическое применение в химическом анализе и в геологической разведке.

НЕЙТРОН (n) (от лат. neuter - ни тот, ни другой) - элементарная частица с нулевым электрич. зарядом и массой, незначительно большей массы протона. Наряду с протоном под общим назв. нуклон входит в состав атомных ядер. H. имеет спин 1 / 2 и, следовательно, подчиняется Ферми - Дирака статистике (является фермионом). Принадлежит к семейству адра-нов; обладает барионным числом B= 1, т. е. входит в группу барионов .

Открыт в 1932 Дж. Чедвиком (J. Chadwick), показавшим, что жёсткое проникающее излучение, возникающее при бомбардировке ядер бериллия a-частицами, состоит из электрически нейтральных частиц с массой, примерно равной протонной. В 1932 Д. Д. Иваненко и В. Гей-зенберг (W. Heisenberg) выдвинули гипотезу о том, что атомные ядра состоят из протонов и H. В отличие от заряж. частиц, H. легко проникает в ядра при любой энергии и с большой вероятностью вызывает ядерные реакции захвата (n,g), (n,a), (n, p), если баланс энергии в реакции положительный. Вероятность экзотермич. увеличивается при замедлении H. обратно пропорц. его скорости. Увеличение вероятности реакций захвата H. при их замедлении в водородсодержащих средах было обнаружено Э. Ферми (E. Fermi) с сотрудниками в 1934. Способность H. вызывать деление тяжёлых ядер, открытая О. Ганом (О. Hahn) и Ф. Штрасманом (F. Strassman) в 1938 (см. Деление ядер) , послужила основой для создания ядерного оружия и . Своеобразие взаимодействия с веществом медленных H., имеющих де-бройлевскую длину волны порядка атомных расстояний (резонансные эффекты, дифракция и т. д.), служит основой широкого использования нейтронных пучков в физике твёрдого тела. (Классификацию H. по энергиям - быстрые, медленные, тепловые, холодные, ультрахолодные - см. в ст. Нейтронная физика .)

В свободном состоянии H. нестабилен - испытывает B-распад; n p + е - + v e ; его время жизни t n = = 898(14) с, граничная энергия спектра электронов 782 кэВ (см. Бета-распад нейтрона) . В связанном состоянии в составе стабильных ядер H. стабилен (по эксперим. оценкам, его время жизни превышает 10 32 лет). По астр. оценкам, 15% видимого вещества Вселенной представлено H., входящими в состав ядер 4 He. H. является осн. компонентой нейтронных звёзд . Свободные H. в природе образуются в ядерных реакциях, вызываемых a-частицами радиоактивного распада, космическими лучами и в результате спонтанного либо вынужденного деления тяжёлых ядер. Искусств. источниками H. служат ядерные реакторы, ядерные взрывы , ускорители протонов (на ср. энергии) и электронов с мишенями из тяжёлых элементов. Источниками монохроматичных пучков H. с энергией 14 МэВ являются низкоэнергетич. ускорители дейтронов с тритиевой или литиевой мишенью, а в будущем интенсивными источниками таких H. могут оказаться термоядерные установки УТС. (См. .)

Основные характеристики H .

Масса H. т п = 939,5731(27) МэВ/с 2 = = 1,008664967(34) ат. ед. массы 1,675 . 10 -24 г. Разность масс H. и протона измерена с наиб. точностью из энергетич. баланса реакции захвата H. протоном: n + p d + g (энергия g-кванта = 2,22 МэВ), m n - m p = 1,293323 (16) МэВ/с 2 .

Электрический заряд H. Q n = 0. Наиболее точные прямые измерения Q n выполнены по отклонению пучков холодных либо ультрахолодных H. в электростатич. поле: Q n <= 3·10 -21 е (е - заряд электрона). Косв. данные по электрич. нейтральности мак-роскопич. кол-ва газа дают Q n <= 2·10 -22 е .

Спин H. J = 1 / 2 был определён из прямых опытов по расщеплению пучка H. в неоднородном магн. поле на две компоненты [в общем случае число компонент равно (2J + 1)].

Последоват. описание структуры адронов на основе совр. теории сильного взаимодействия - квантовой хромодинамики - пока встречает теоретич. трудности, однако для мн. задач вполне удовлетворит. результаты даёт описание взаимодействия нуклонов, представляемых как элементарные объекты, посредством обмена мезонами. Эксперим. исследование пространств. структуры H. выполняется с помощью рассеяния высокоэнергичных лептонов (электронов, мюонов, нейтрино, рассматриваемых в совр. теории как точечные частицы) на дейтронах. Вклад рассеяния на протоне измеряется в отд. эксперименте и может быть вычтен с помощью определ. вычислит. процедуры.

Упругое и квазиупругое (с расщеплением дейтрона) рассеяние электронов на дейтроне позволяет найти распределение плотности электрич. заряда и магн. момента H. (формфактор H.). Согласно эксперименту, распределение плотности магн. момента H. с точностью порядка неск. процентов совпадает с распределением плотности электрич. заряда протона и имеет среднеквадратичный радиус ~0,8·10 -13 см (0,8 Ф). Магн. форм-фактор H. довольно хорошо описывается т. н. диполь-ной ф-лой G M n = m n (1 + q 2 /0,71) -2 , где q 2 - квадрат переданного импульса в единицах (ГэВ/с) 2 .

Более сложен вопрос о величине электрич. (зарядового) формфактора H. G E n . Из экспериментов по рассеянию на дейтроне можно сделать заключение, что G E n (q 2 ) <= 0,1 в интервале квадратов переданных импульсов (0-1) (ГэВ/с) 2 . При q 2 0 вследствие равенства нулю электрич. заряда H. G E n -> 0, однако экспериментально можно определить дG E n (q 2 )/дq 2 | q 2=0 . Эта величина наиб. точно находится из измерений длины рассеяния H. на электронной оболочке тяжёлых атомов. Осн. часть такого взаимодействия определяется магн. моментом H. Наиб. точные эксперименты дают длину ne-рассеяния а nе = -1,378(18) . 10 -16 см, что отличается от расчётной, определяемой магн. моментом H.: a nе = -1,468 . 10 -16 см. Разность этих значений даёт среднеквадратичный электрич. радиус H. <r 2 E n >= = 0,088(12) Фили дG E n (q 2)/дq 2 | q 2=0 = -0,02 F 2 . Эти циф-ры нельзя рассматривать как окончательные из-за большого разброса данных разл. экспериментов, превышающих приводимые ошибки.

Особенностью взаимодействия H. с большинством ядер является положит. длина рассеяния, что приводит к коэф. преломления < 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. Нейтронная оптика ).

H. и слабое (электрослабое) взаимодействие . Важным источником сведений об электрослабом взаимодействии является b-распад свободного H. .На квар-ковом уровне этот процесс соответствует переходу . Обратный процесс взаимодействия электронного с протоном, , наз. обратным b-распадом. К этому же классу процессов относится электронный захват ,имеющий место в ядрах, ре - nv e .

Распад свободного H. с учётом кинематич. параметров описывается двумя константами - векторной G V , являющейся вследствие векторного тока сохранения универс. константой слабого взаимодействия, и аксиально-векторной G A , величина к-рой определяется динамикой сильно взаимодействующих компонент нуклона - кварков и глюонов. Волновые ф-ции начального H. и конечного протона и матричный элемент перехода n p благодаря изотопич. инвариантности вычисляются достаточно точно. Вследствие этого вычисление констант G V и G A из распада свободного H. (в отличие от вычислений из b-распада ядер) не связано с учётом ядерно-структурных факторов.

Время жизни H. без учёта нек-рых поправок равно: t n = k(G 2 V + 3G 2 A ) -1 , где k включает кинематич. факторы и зависящие от граничной энергии b-распада кулонов-ские поправки и радиационные поправки .

Вероятность распада поляризов. H. со спином S , энергиями и импульсами электрона и антинейтрино и р е, в общем виде описывается выражением:

Коэф. корреляции a, А, В, D могут быть представлены в виде ф-ции от параметра а = (G A /G V ,)exp(i f). Фаза f отлична от нуля или p, если T -инвариантность нарушена. В табл. приведены эксперим. значения для этих коэф. и вытекающие из них значения a и f.

Имеется заметное отличие данных разл. экспериментов для т n , достигающее неск. процентов.

Описание электрослабого взаимодействия с участием H. при более высоких энергиях гораздо сложнее из-за необходимости учитывать структуру нуклонов. Напр., m - -захват, m - p nv m , описывается по крайней мере удвоенным числом констант. H. испытывает также электрослабое взаимодействие с др. адронами без участия лептонов. К таким процессам относятся следующие.

1) Распады гиперонов L np 0 , S + np + , S - np - и т. д. Приведённая вероятность этих распадов в неск. раз меньше, чем у нестранных частиц, что описывается введением угла Кабиббо (см. Кабиббо угол ).

2) Слабое взаимодействие n - n или n - p, к-рое проявляется как ядерные силы, не сохраняющие пространств. чётность .Обычная величина обусловленных ими эффектов порядка 10 -6 -10 -7 .

Взаимодействие H. со средними и тяжёлыми ядрами имеет ряд особенностей, приводящих в нек-рых случаях к значит. усилению эффектов несохранения чётности в ядрах . Один из таких эффектов - относит. разность сечения поглощения H. с по направлению распространения и против него, к-рая в случае ядра 139 La равна 7% при = 1,33 эВ, соответствуют щей р -волновому нейтронному резонансу. Причиной усиления является сочетание малой энергетич. ширины состояний компаунд-ядра и большой плотности уровней с противоположной чётностью у этого компаунд-ядра, обеспечивающей на 2-3 порядка большее смешивание компонент с разной чётностью, чем у низко лежащих состояний ядер. В результате ряд эффектов: асимметрия испускания g-квантов относительно спина захватываемого поляризов. H. в реакции (n, g), асимметрия вылета заряж. частиц при распаде компаунд-состояний в реакции (n, р) или асимметрия вылета лёгкого (или тяжёлого) осколка деления в реакции (n, f ). Асимметрии имеют величину 10 -4 -10 -3 при энергии тепловых H. В р -волновых нейтронных резонансах реализуется дополнит. усиление, связанное с подавленностью вероятности образования сохраняющей чётность компоненты этого компаунд-состояния (из-за малой нейтронной ширины р -резонанса) по отношению к примесной компоненте с противоположной четностью, являющейся s -резонан-сом. Именно сочетание неск. факторов усиления позволяет крайне слабому эффекту проявляться с величиной, характерной для ядерного взаимодействия.

Взаимодействия с нарушением барионного числа . Теоретич. модели великого объединения и суперобъединения предсказывают нестабильность барионов - их распад в лептоны и мезоны. Эти распады могут быть заметны только для легчайших барионов - p и п, входящих в состав атомных ядер. Для взаимодействия с изменением барионного числа на 1, DB = 1, можно было бы ожидать превращения H. типа: n е + p - , или превращения с испусканием странных мезонов. Поиски такого рода процессов производились в экспериментах с применением подземных детекторов с массой в неск. тысяч тонн. На основании этих экспериментов можно сделать заключение, что время распада H. с нарушением барионного числа составляет более 10 32 лет.

Др. возможный тип взаимодействия с DВ = 2 может привести к явлению взаимопревращения H. и антинейтронов в вакууме, т. е. к осцилляции . В отсутствие внеш. полей или при их малой величине состояния H. и антинейтрона вырождены, поскольку массы их одинаковы, поэтому даже сверхслабое взаимодействие может их перемешивать. Критерием малости внеш. полей является малость энергии взаимодействия магн. момента H. с магн. полем (n и n ~ имеют противоположные по знаку магн. моменты) по сравнению с энергией, определяемой временем T наблюдения H. (согласно соотношению неопределённостей), D <=hT -1 . При наблюдении рождения антинейтронов в пучке H. от реактора или др. источника T есть время пролёта H. до детектора. Число антинейтронов в пучке растёт с ростом времени пролёта квадратично: /N n ~ ~ (T /t осц) 2 , где t осц - время осцилляции.

Прямые эксперименты по наблюдению рождения и в пучках холодных H. от высокопоточного реактора дают ограничение t осц > 10 7 с. В готовящихся экспериментах можно ожидать увеличения чувствительности до уровня t осц ~ 10 9 с. Ограничивающими обстоятельствами являются макс. интенсивность пучков H. и имитация явлений антинейтронов в детекторе космич. лучами.

Др. метод наблюдения осцилляции - наблюдение аннигиляции антинейтронов, к-рые могут образовываться в стабильных ядрах. При этом из-за большого отличия энергий взаимодействий возникающего антинейтрона в ядре от энергии связи H. эфф. время наблюдения становится ~ 10 -22 с, но большое число наблюдаемых ядер (~10 32) частично компенсирует уменьшение чувствительности по сравнению с экспериментом на пучках H. Из данных подземных экспериментов по поиску распада протона об отсутствии событий с энерговыделением ~2 ГэВ можно заключить с нек-рой неопределённостью, зависящей от незнания точного вида взаимодействия антинейтрона внутри ядра, что t осц > (1-3) . 10 7 с. Существ. повышение предела t осц в этих экспериментах затруднено фоном, обусловленным взаимодействием космич. нейтрино с ядрами в подземных детекторах.

Следует отметить, что поиски распада нуклона с DB = 1 и поиски -осцилляции являются независимыми экспериментами, т. к. вызываются принципиально разл. видами взаимодействий.

Гравитационное взаимодействие H . Нейтрон - одна из немногих элементарных частиц, падение к-рой в гравитац. поле Земли можно наблюдать экспериментально. Прямое измерение для H. выполнено с точностью 0,3% и не отличается от макроскопического. Актуальным остаётся вопрос о соблюдении эквивалентности принципа (равенства инертной и гравитац. масс) для H. и протонов.

Самые точные эксперименты выполнены методом Эт-веша для тел, имеющих разные ср. значения отношения A/Z , где А - ат. номер, Z - заряд ядер (в ед. элементарного заряда е) . Из этих опытов следует одинаковость ускорения свободного падения для H. и протонов на уровне 2·10 -9 , а равенство гравитац. и инертной масс на уровне ~10 -12 .

Гравитац. ускорение и замедление широко используются в опытах с ультрахолодными H. Применение гравитац. рефрактометра для холодных и ультрахолодных H. позволяет с большой точностью измерить длины когерентного рассеяния H. на веществе.

H. в космологии и астрофизике

Согласно совр. представлениям, в модели Горячей Вселенной (см. Горячей Вселенной теория )образование барионов, в т. ч. протонов и H., происходит в первые минуты жизни Вселенной. В дальнейшем нек-рая часть H., не успевших распасться, захватывается протонами с образованием 4 He. Соотношение водорода и 4 He при этом составляет по массе 70% к 30%. При формировании звёзд и их эволюции происходит дальнейший нуклеосинтез , вплоть до ядер железа. Образование более тяжёлых ядер происходит в результате взрывов сверхновых с рождением нейтронных звёзд, создающих возможность последоват. захвата H. нуклидами. При этом комбинация т. н. s -процесса - медленного захвата H. с b-распадом между последовательными захватами и r -процесса - быстрого последоват. захвата при взрывах звёзд в осн. может объяснить наблюдаемую распространённость элементов в космич. объектах.

В первичной компоненте космич. лучей H. из-за своей нестабильности вероятно отсутствуют. H., образующиеся у поверхности Земли, диффундирующие в космич. пространство и распадающиеся там, по-видимому, вносят вклад в формирование электронной и протонной компоненты радиационных поясов Земли.

Лит.: Гуревич И. С., Тарасов Л. В., Физика нейтронов низких энергий, M., 1965; Александров Ю. А.,. Фундаментальные свойства нейтрона, 2 изд., M., 1982.