Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Нейтрон

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск
Нейтрон
Символ n0,
Масса 939,565378(21) МэВ
Группы барионы
Основные квантовые числа (по полевой теории элементарных частиц)
Главное квантовое число (L) 3/2
Подгруппа (ML) протона (-3/2)
Квантовое число V 0
Электрический заряд 0
Дополнительные квантовые числа
Спин 1/2
Барионное число 1
Другие свойства
Время жизни 880 c
Схема распада p+ + e- + Ve анти.png

Нейтрон (англ. Neutron) - элементарная частица, входящая в состав атомных ядер.

Открытие нейтрона[править]

В 1930 году В. Боте и Г. Беккер обнаружили, что в результате облучения высокоэнергетическими альфа-частицами некоторых легких элементов (бериллия или лития) образовалось излучение с высокой проникающей способностью.

В январе 1932 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри доложили на заседании Парижской Академии наук результаты исследований излучения, открытого Боте и Беккером. Они показали, что это излучение «способно освобождать в водородсодержащих веществах протоны, сообщая им большую скорость». Эти протоны были ими сфотографированы в камере Вильсона.

В следующем сообщении, сделанном 7 марта 1932 г., Ирен и Фредерик Жолио-Кюри показали фотографии следов протонов в камере Вильсона, выбиваемых из парафина бериллиевым излучением.

В том же 1932 году английский физик Джеймс Чедвик провёл серию экспериментов, в которых показал, что это излучение не может быть гамма-лучами. Он помещал бериллиевый источник перед ионизационной камерой, в которую попадали протоны, выбитые из парафиновой пластинки. Расположив между парафиновой пластинкой и камерой поглощающие экраны из алюминия, Чедвик обнаружил, что бериллиевое излучение выбивает из парафина протоны с энергией до 5,7 МэВ. Для сообщения протонам такой энергии фотон должен был обладать энергией в 55 МэВ. Но энергия отдачи ядер азота, наблюдаемая при бериллиевом излучении, оказывается равной 1,2 МэВ. Чтобы передать азоту такую энергию, фотон должен иметь энергию, по меньшей мере, 90 МэВ. Таким образом, закон сохранения энергии несовместим с фотонной интерпретацией бериллиевого излучения.

Чедвик показал, что все трудности снимаются, если предположить, что бериллиевое излучение состоит из частиц с массой, равной примерно массе протона, и нулевым зарядом. Эти частицы он назвал нейтронами. Чедвик опубликовал статью о своих результатах в «Трудах Королевского общества» за 1932 г.

В дальнейшем И. и Ф. Жолио-Кюри в ряде работ 1932-1933 гг. подтвердили существование нейтронов, а также их свойство выбивать протоны из легких ядер. Они установили испускание нейтронов ядрами аргона, натрия и алюминия при облучении альфа-частицами.

Впоследствии за открытие нейтрона Чедвику была присуждена Нобелевская премия по физике в 1935 году.

Нейтрон в полевой теории[править]

Структура электромагнитного поля нейтрона (E-постоянное электрическое поле ,H-постоянное магнитное поле, желтым цветом отмечено переменное электромагнитное поле)
Подгруппа протона

Нейтрон - элементарная частица квантовое число L=3/2 (спин = 1/2) - группа барионов , подгруппа протона, электрический заряд +0 (систематизация по полевой теории элементарных частиц).

Согласно полевой теории элементарных частиц, нейтрон состоит из вращающегося поляризованного переменного электромагнитного поля с постоянной составляющей.

Энергетический баланс нейтрона (процент от всей внутренней энергии):

Наличие мощного постоянного магнитного поля объясняет обладание нейтроном ядерными силами. Структура нейтрона приведена на рисунке.

Несмотря на нулевой электрический заряд нейтрон обладает дипольным электрическим полем.

В соответствии с классической электродинамикой и формулой Эйнштейна, масса покоя нейтрона определяется как эквивалент энергии его электромагнитных полей:

Mass particle.png

Где определенный интеграл берется по всему электромагнитному полю элементарной частицы, E - напряженность электрического поля, H - напряженность магнитного поля. Здесь учитываются все компоненты электромагнитного поля: постоянное электрическое поле, постоянное магнитное поле, переменное электромагнитное поле. Что согласуется с реально существующими в природе фундаментальными взаимодействиями (соответствующими и полевой теорией элементарных частиц), а сказочный бозон Хиггса массу покоя нейтрона не создает.

Фундаментальные взаимодействия в природе и их (физические поля)
Электромагнитные взаимодействия (электромагнитные поля)
Гравитационные взаимодействия (гравитационные поля элементарных частиц)


Поместив нейтрон во внешнее электрическое или магнитное поле (например, в атомное ядро), мы изменим величину энергии электромагнитных полей нейтрона, а следовательно, и величину его массы, что в свою очередь повлияет на каналы распада нейтрона и его среднее время жизни. Таким образом: масса нейтрона (как и любой другой элементарной частицы) зависит от полей, в которых он находится.

Как показала в 2015 году теория гравитации элементарных частиц, гравитационное поле нейтрона и его инерционную массу создают электромагнитные поля нейтрона, что соответствует полевой теории элементарных частиц.

Радиус нейтрона[править]

Полевая теория элементарных частиц определяет радиус (r) частицы как расстояние от центра до точки в которой достигается максимум плотности массы.

~{r_{{0\sim }}}={\frac  {L{\hbar }}{m_{{0\sim }}{c}}}

где:

~L - главное квантовое число протона L=3/2;
{\hbar } - постоянная Планка;
~{m_{{0\sim }}} - масса, заключенная в переменном электромагнитном поле протона;
~c - скорость света.

Для нейтрона это будет 3,2935 ∙10-16 м. К этому надо добавить еще толщину слоя электромагнитного поля, получится радиус области пространства, занимаемой нейтроном:

Радиус области пространства, занимаемого нейтроном, определяется как:

~{r_{0}}={\frac  {(L+0.5){\hbar }}{m_{{0\sim }}{c}}}

Для нейтрона это будет 4,5616 ∙10-16 м. Таким образом, внешняя граница нейтрона находится от центра частицы на расстоянии 4,3913 ∙10-16 м. Небольшая часть массы, сосредоточенная в постоянном электрическом и постоянном магнитном поле нейтрона, в соответствии с законами электродинамики, находится за пределами данного радиуса.

К величине ~{r_{{0\sim }}} добавился еще радиус кольцевой области, занимаемой переменным электромагнитным полем нейтрона. Необходимо помнить, что часть величины массы покоя, сосредоточенной в постоянных (электрическом и магнитном) полях нейтрона находится за пределами данной области, в соответствии с законами электродинамики.

Таким образом, получилась величина почти равная радиусу протона и это не удивительно. Радиус элементарной частицы определяется квантовым числом L и величиной массы покоя, сосредоточенной в переменном электромагнитном поле элементарной частицы. У обеих частиц (как протона, так и нейтрона) одинаковый набор квантовых чисел L и ML, а массы покоя незначительно отличаются.

Магнитный момент нейтрона[править]

В противовес квантовой теории полевая теория элементарных частиц утверждает, что магнитные поля элементарных частиц не создаются спиновым вращением электрических зарядов, а существуют одновременно с постоянным электрическим полем как постоянная составляющая электромагнитного поля. Поэтому магнитные поля есть у всех элементарных частиц с квантовым числом L>0.

Полевая теория элементарных частиц не считает магнитный момент нейтрона аномальным - его величина определяется набором квантовых чисел в той степени, в какой квантовая механика работает в элементарной частице.

Так магнитный момент нейтрона создается током:

  • (0) с магнитным моментом -1 eħ/m0nc

Далее умножаем его на процент энергии переменного электромагнитного поля нейтрона разделенный, на 100 процентов, и переводим в ядерные магнетоны. При этом не следует забывать, что ядерные магнетоны учитывают массу протона (m0p), а не нейтрона (m0n), так что полученный результат надо умножить на отношение m0p/m0n. В итоге получим 1,91304.

Электрическое поле нейтрона[править]

Несмотря на нулевой электрический заряд, согласно полевой теории элементарных частиц у нейтрона должно быть постоянное электрическое поле. У электромагнитного поля, из которого состоит нейтрон, имеется постоянная составляющая, а, следовательно, у нейтрона должны быть постоянное магнитное поле и постоянное электрическое поле. Поскольку электрический заряд нейтрона равен нулю то постоянное электрическое поле будет дипольным. То есть у нейтрона должно быть постоянное дипольное электрическое поле аналогичное полю двух распределенных параллельных электрических зарядов равных по величине и противоположного знака. На больших расстояниях электрическое поле нейтрона будет практически незаметно из-за взаимной компенсации полей обоих знаков заряда. Но на расстояниях порядка радиуса нейтрона это поле будет оказывать существенное влияние на взаимодействия с другими элементарными частицами близких по размерам. Это, прежде всего, касается взаимодействия в атомных ядрах нейтрона с протоном и нейтрона с нейтроном. Для нейтрон - нейтронного взаимодействия это будут силы отталкивания при одинаковом направлении спинов и силы притяжения при противоположном направлении спинов. Для нейтрон – протонного взаимодействия знак силы зависит не только от ориентации спинов, но еще и от смещения между плоскостями вращения электромагнитных полей нейтрона и протона.

Итак, у нейтрона должно быть дипольное электрическое поле двух распределенных параллельных симметричных кольцевых электрических зарядов (+0.75e и -0.75e), среднего радиуса Re нейтрона.png, расположенных на расстоянии S v.png.


Электрический дипольный момент нейтрона (согласно полевой теории элементарных частиц) равен:

Electric dipole moment neutron.png

где ħ – постоянная Планка, L - главное квантовое число в полевой теории элементарных частиц, e – элементарный электрический заряд, m0 – масса покоя нейтрона, m0~ – масса покоя нейтрона, заключенная в переменном электромагнитном поле, c – скорость света, P - вектор электрического дипольного момента (перпендикулярен плоскости нейтрона, проходит через центр частицы и направлен в сторону положительного электрического заряда), s - среднее расстояние между зарядами, re - электрический радиус элементарной частицы.

Как видите, электрические заряды близки по величине к зарядам предполагаемых кварков (+2/3e=+0.666e и -2/3e=-0.666e) в нейтроне, но в отличие от кварков, электромагнитные поля в природе существуют, и аналогичной структурой постоянного электрического поля обладает любая нейтральная элементарная частица, независимо от величины спина и ... .


Потенциал ϕ электрического дипольного поля нейтрона в точке (А) (в ближней зоне 10s>r>s приблизительно), в системе СИ равен:

F(A) нейтрона ближняя зона.png

где θ - угол между вектором дипольного момента P и направлением на точку наблюдения А, r0 - нормировочный параметр равный r0=0.8568Lħ/(m0~c), ε0 - электрическая постоянная, r - расстояние от оси (вращения переменного электромагнитного поля) элементарной частицы до точки наблюдения А, h – расстояние от плоскости частицы (проходящей через ее центр) до точки наблюдения А, he - средняя высота расположения электрического заряда в нейтральной элементарной частице (равна S/2), |...| - модуль числа, Pn - величина вектора Pn. (В системе СГС отсутствует множитель Mn СИ.png.)


Напряженность E электрического дипольного поля нейтрона (в ближней зоне 10s>r>s приблизительно), в системе СИ равна:

E нейтрона ближняя зона.png

где n = r/|r| — единичный вектор из центра диполя в направлении точки наблюдения (А), точкой (•) обозначено скалярное произведение, жирным шрифтом выделены вектора. (В системе СГС отсутствует множитель Mn СИ.png.)

Компоненты напряженности электрического дипольного поля нейтрона (в ближней зоне 10s>r>s приблизительно) продольная (||) (вдоль радиус-вектора, проведенного от диполя в данную точку) и поперечная (_|_) в системе СИ:

E !! нейтрона ближняя зона.png
E ! heutron close zone.png

где θ — угол между направлением вектора дипольного момента Pn и радиус-вектором в точку наблюдения Pν. (В системе СГС отсутствует множитель Mn СИ.png.)

Третья компонента напряженности электрического поля — ортогональная плоскости, в которой лежат вектор дипольного момента нейтрона Pn и радиус-вектор, — всегда равна нулю.


Потенциальная энергия взаимодействия электрических дипольных полей двух нейтронов
Потенциальная энергия взаимодействия электрических дипольных полей нейтрона и H векторного мезона (выдаваемого за бозон Хиггса)

Потенциальная энергия U взаимодействия электрического дипольного поля нейтрона n с электрическим дипольным полем другой нейтральной элементарной частицы (2) в точке (А) в дальней зоне (r>>s), в системе СИ равна:

U(A) нейтрона дальняя зона.png

где θn2 — угол между векторами дипольных электрических моментов Pn и P2, θn — угол между вектором дипольного электрического момента Pn и вектором r, θ2 — угол между вектором дипольного электрического момента P2 и вектором r, r - вектор из центра дипольного электрического момента pn в центр дипольного электрического момента p2 (в точку наблюдения А). (В системе СГС отсутствует множитель Mn СИ.png.)


Нормировочный параметр r0 вводится с целью уменьшения отклонения значения E, ϕ от рассчитанного с помощью классической электродинамики и интегрального исчисления в ближней зоне. Нормировка происходит в точке, лежащей в плоскости параллельной плоскости нейтрона, удаленной от центра нейтрона на расстояние (в плоскости частицы) R particle.png и со смещением по высоте на h=ħ/2m0~c, где m0~ - величина массы заключенной в переменном электромагнитном поле покоящегося нейтрона (для нейтрона m0~= 0.95784 m0). Для каждого уравнения параметр r0 рассчитывается самостоятельно. В качестве приблизительного значения можно взять полевой радиус:

R0 нейтрона.png


Из всего вышесказанного следует, что электрическое дипольное поле нейтрона, согласно законам классической электродинамики, будет взаимодействовать с заряженными элементарными частицами.

Время жизни нейтрона[править]

Указанное в таблице время жизни 885,7 секунды соответствует свободному нейтрону.

Полевая теория элементарных частиц утверждает, что время жизни элементарной частицы зависит от условий, в которых она находится. Поместив нейтрон во внешнее поле (например, магнитное) мы изменяем энергию, содержащуюся в его электромагнитном поле. Можно выбрать направление внешнего поля так, чтобы внутренняя энергия нейтрона уменьшилась. В результате при распаде нейтрона выделится меньше энергии, что затруднит распад и увеличит время жизни частицы. Можно подобрать такую величину напряженности внешнего поля, что распад нейтрона будет требовать дополнительной энергии и, следовательно, нейтрон станет стабильным. Именно это наблюдается в атомных ядрах (например, дейтерия), в них магнитное поле соседних протонов не допускает распад нейтронов ядра. В прочем при внесении в ядро дополнительной энергии распады нейтронов вновь могут стать возможными.

Нейтрон в Стандартной модели[править]

Утверждается, что нейтрон является связанным состоянием трёх кварков: одного «верхнего» (u) и двух «нижних» (d) кварков (предполагаемая кварковая структура нейтрона: udd), а протон имеет (кварковую структуру uud). Близость значений масс протона и нейтрона объясняется близостью масс гипотетических кварков (u и d).

Стандартная модель дала картину электрических зарядов электрического дипольного поля нейтрона (+2/3e и -2/3e) близкую к реальной: 0,75 e. Но поскольку у гипотетических кварков эти заряды точечные, а у элементарной частицы распределенные в плоскости, перпендикулярной оси вращения, то в ближней зоне электрические дипольные поля реальной частицы и ее кварковой модели будут сильно отличаться, несмотря на близость величин зарядов. Следовательно, будет отличаться и энергия, содержащаяся в этих полях.

Посмотрим на массы. Масса комбинации u-кварка и пары d-кварков равна 11,59 МэВ минус энергия связи (если таковая есть). Разница между суммой внутренней энергии кварков и полной внутренней энергии элементарной частицы составляет не менее 927,98 МэВ и образует остаточную внутреннюю энергию. Эта энергия не кварковой природы и составляет 98,8% всей внутренней энергии. Согласно расчетам нейтрона полевой теорией элементарных частиц, в нем содержится волновое переменное электромагнитное поле энергией 899,95 МэВ, что согласуется с остаточной внутренней энергией элементарной частицы. Но полевая теория элементарных частиц утверждает о наличии у нейтрона еще и мощного магнитного поля, "не замечаемого" Стандартной моделью, но установленного экспериментально - магнитный момент нейтрона измерен физикой с точностью до седьмого знака и игнорировать существование магнитного поля нейтрона, значит выходить за рамки НАУКИ.

В этом случае на энергию связи гипотетических кварков не известно, ушло ли хоть что нибудь. Итак: у нас имеется нестабильная связанная система трех частиц с энергией связи (0-1)% от полной внутренней энергии, в которой сосредоточена дополнительная внутренняя энергия 927,98 МэВ - что этой системе мешает разлететься на частицы в разные стороны с эпохальным обнаружением кварков, и присуждением за ото Нобелевской премии по физике? - Ответ: только отсутствие в природе самих кварков, а результат распада такой системы мы хорошо наблюдаем, и видим в нем рожденные из энергии лептоны, но НЕ видим в нем свободных кварков.

Интересно другое. Стандартная модель, присвоив сказочным кваркам такие значения массы, сама косвенно подтвердила, что на 98,8% нейтрон состоит из электромагнитного поля, полевая теория элементарных частиц дает все 100%. Что касается остающегося процента с двумя десятыми, то у элементарной частицы имеются дипольные электрические и магнитные поля, в которых тоже содержится энергия, а значит и соответствующая ей масса, но для сказочных кварков и у этой элементарной частице места не остается.

Итог[править]

На Ваше усмотрение предложены два принципиально разных подхода к описанию нейтрона:

  • Полевая теория элементарных частиц описывает нейтрон исходя из существующих в природе полей и взаимодействий в рамках, действующих в природе законов;
  • Стандартная модель, описывая нейтрон, вводит не найденные в природе кварки, глюоны, не существующие в природе поля и взаимодействия и вступает в противоречие с законом сохранения энергии.

К ним необходимо добавить и другие теории и модели (волновая теория, полевая модель и т.д.) не отраженные в данной статье. Что касается математических сказок игнорирующих закон сохранения энергии то время господства подобных "теорий" в физике подходит к концу. Вместе с его завершением эти "теории" могут оказаться за бортом науки, либо им предстоит научиться считаться с законами природы, которые выше всякой математической целесообразности.

Владимир Горунович ([1] и [2])/Vladimir Gorunovich [3]

См. также[править]

И гипотетические:

Источник — «http://www.wikiznanie.ru/wikipedia/index.php?title=Нейтрон&oldid=413251»
Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: