Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Протон

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск
Протон
Символ p, p+
Масса 938,2720813(58) МэВ, 1,672621898(21)•10−27 кг
Классы фермион, адрон, барион, N-барион, нуклон
Квантовые числа (по Квантовой теории)
Электрический заряд +1
Спин 1/2
Изотопический спин 1/2
Барионное число 1
Странность 0
Очарование 0


Другие свойства
Время жизни >2,9∙1029 лет
Схема распада нет
Кварковый состав (по Стандартной модели) uud

Прото́н (от др. греческого πρῶτος — первый, основной) — элементарная частица. Относится к барионам, имеет спин 1/2. Стабилен.

Протоны принимают участие в термоядерных реакциях, которые являются основным источником энергии, генерируемой звёздами. В частности, реакции pp-цикла, который является источником почти всей энергии, излучаемой Солнцем, сводятся к соединению четырёх протонов в ядро гелия-4 с превращением двух протонов в нейтроны.

В физике протон обозначается буквой p (или p+). Химическое обозначение протона (рассматриваемого в качестве положительного иона водорода) — H+, астрофизическое — HII.

Открытие протона[править]

Существует неоднозначность в определении открытия протона.

Эрнест Резерфорд в 1919 году, облучая альфа-частицами ядра азота, наблюдал образование ядер водорода. Образующуюся в результате столкновения частицу Резерфорд назвал протоном. Первые фотографии следов протона в камере Вильсона были получены в 1925 году Патриком Блэкеттом. Но сами ионы водорода (чем и являются протоны) были известны задолго до опытов Резерфорда.

Свойства протона[править]

Относится к барионам, имеет спин 1/2, электрический заряд +1 (в единицах элементарного электрического заряда). В физике элементарных частиц рассматривается как нуклон с проекцией изоспина +1/2 (в ядерной физике принят противоположный знак проекции изоспина). Состоит из трёх кварков (один d-кварк и два u-кварка). Стабилен (нижнее ограничение на время жизни — 2,9×1029 лет независимо от канала распада, 1,6×1033 лет для распада в позитрон и нейтральный пион).

Масса протона, выраженная в разных единицах, составляет (рекомендованные значения CODATA 2014 года, в скобках указана погрешность величины в единицах последней значимой цифры, одно стандартное отклонение):

Внутренняя чётность: равна 1. [5]

Отношение масс протона и электрона, равное 1836,152 673 89(17), [4] с точностью до 0,002 % равно значению 6\pi ^{5}=1836,118...

Магнитный момент протона измеряется путём измерения отношения резонансной частоты прецессии магнитного момента протона в заданном однородном магнитном поле и циклотронной частоты обращения протона по круговой орбите в том же самом поле. [6]

Протон в атомном ядре способен захватывать электрон с ближайшей K- или L-электронной оболочки атома (т. н. «электронный захват»). Протон атомного ядра, поглотив электрон, превращается в нейтрон и одновременно испускает нейтрино. «Дырка» в K- или L-слое, образовавшаяся при электронном захвате, заполняется электроном одного из вышележащих электронных слоев атома с излучением характеристических рентгеновских лучей, соответствующих атомному номеру Z-1. Известно свыше 200 изотопов от 4Be7 до 101Md256, распадающихся путём электронного захвата.

Протон в химии[править]

Ядро атома водорода состоит из одного протона. Протон в химическом смысле является ядром атома водорода (точнее, его лёгкого изотопапротия) без электрона.

Протоны (вместе с нейтронами) являются основными составляющими атомных ядер. Порядковый номер химического элемента в периодической таблице (и, соответственно, все его химические свойства) полностью определяются зарядом ядра его атомов, который, в свою очередь, равен количеству протонов в ядре (протонному числу).

Положительно заряженный ион (катион) водорода — H+ в химии является мощным акцептором электронов и, соответственно, участвует в реакциях донорно-акцепторного взаимодействия. Протонирование, присоединение протона к веществу имеет важное значение во многих химических реакциях, например, при нейтрализации, электрофильном присоединении и электрофильном замещении, образовании ониевых соединений. [7]

Источником протонов в химии являются минеральные (азотная, серная, фосфорная и другие) и органические (муравьиная, уксусная, щавелевая и другие) кислоты. В водном растворе кислоты способны к диссоциации с отщеплением протона, образующего катион гидроксония.

Интересные факты[править]

  • Ультрарелятивистские протоны (как и любые другие адроны, а также атомные ядра) для неподвижного наблюдателя имеют форму двояковогнутой линзы [8]
  • Измерения радиуса протона с помощью атомов обычного водорода, проводимые разными методами с 1960-х годов, привели (CODATA-2014) к результату 0,8751±0,0061 фемтометра (1 фм = 10−15 м) [9]

Первые эксперименты с атомами мюонного водорода (где электрон заменён на мюон) дали для этого радиуса на 4 % меньший результат 0,84184±0.00067 фм. [10] [11] Причины такого различия пока неясны.

Протон в Стандартной модели[править]

Протон как структура из двух u-кварков и одного d-кварка

В стандартной модели предполагается, что протон является связанным состоянием трёх кварков: двух «верхних» (u) и одного «нижнего» (d) кварков (кварковая структура протона: uud), а нейтрон имеет (кварковую структуру udd). Близость значений масс протона и нейтрона объясняется близостью масс кварков (u и d).

Проблемой стандартной модели остаётся то, что до сих пор наличие свободно существующих одиночных кварков в природе экспериментально не доказано, а имеются лишь косвенные свидетельства, которые можно интерпретировать как наличие следов кварков в некоторых взаимодействиях элементарных частиц. Еще одной проблемой Стандартной модели является отсутствие глюонов в природе.[?]

Протон с точки зрения других теоретических построений, моделей, гипотез[править]

Протон и Субстанциональная модель[править]

В теории бесконечной вложенности материи предполагается, что на уровне атомов и частиц действует сильная гравитация, удерживающая вещество элементарных частиц от распада, соединяющая нуклоны в ядрах и участвующая в образовании связей электронов с ядрами атомов. Рассматривается также модель кварковых квазичастиц, согласно которой кварки являются не настоящими частицами, а квазичастицами, пригодными лишь для описания свойств симметрии элементарных частиц. Отсюда следуют гравитационная модель сильного взаимодействия и субстанциональная модель протона. При известной величине постоянной сильной гравитации становится возможным:

вычислить радиус протона Rp =8,73•10-16 м в рамках самосогласованной модели, [12]

объяснить квантовый спин протона на основе равенства полного потока энергии гравитационного поля и потока кинетической энергии вращающегося вещества протона. [13]

Оценки радиуса протона можно сделать по крайней мере ещё тремя разными способами – путём рассмотрения стоячих электромагнитных волн внутри протона, приравниванием разности энергий связи протона и нейтрона к массе-энергии электромагнитного поля протона, [14] а также с помощью момента импульса гравитационного поля протона. [15] Все три способа дают величину (6,7 ± 0,1)∙10-16 м. Полученный результат отличается от теоретического на +47%, что является неплохим результатом для математической модели, не учитывающей реального строения элементарных частиц.

Протон в Эфиродинамике[править]

Эфиродинамика с самого начала предполагает наличие строительного материала, из которого состоят все элементарные частицы вещества. Это сразу же позволяет поставить вопрос об их структуре и о внутреннем движении материи, результатом которого являются все внешние свойства микрочастиц. Наблюдения Бюраканской обсерватории (Амбарцумян) за активностью ядра спиральной Галактики выявили истечение протонно-водородного газа из ее ядра, а также наличие скопления молодых звезд вокруг ядра. Это позволяет высказать определенную уверенность в том, что именно в ядре спиральной галактики и зарождаются протоны, из которых в дальнейшем формируются звезды, а затем в процессе эволюции в них создаются и все остальные элементы. Протон является основной микрочастицей всего мироздания на уровне вещества. Это следует из того, что протон – основа атома водорода, он входит в состав ядер всех веществ, причем, как оказалось, нейтрон – это тот же протон в одном из его состояний. Поэтому можно полагать, что более 99% массы всего видимого вещества в нашей Галактике, а вероятно, и во Вселенной состоит из протонов. Поскольку единственным видом движения эфира, способным в замкнутом объеме собрать уплотненный эфир, являются тороидальные вихри, структура протона должна быть отождествлена именно с такой структурой. [16] Structura protona.JPG

Протон в полевой теории[править]

Протон
Символ p, p+
Масса 938,272046(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 +1
Дополнительные квантовые числа
Спин 1/2
Барионное число 1
Другие свойства
Время жизни >2,9∙1029 лет
Схема распада n0 + e+ + νe (наблюдаются в атомных ядрах)
Полевая теория элементарных частиц, построенная на фундаменте из Квантовой механики, Классической электродинамики и законов сохранения - фундаментальных законов физики, альтернативная Стандартной модели, Квантовой теории и теоретическим построениям (приведенным выше), утверждает, что протон состоит из вращающегося поляризованного переменного электромагнитного поля с постоянной составляющей (т.е. протон имеет постоянное электрическое поле, постоянное магнитное поле и волновое переменное электромагнитное поле, что согласуется с экспериментальными данными).
Подгруппа протона

Масса покоя протона, в соответствии с классической электродинамикой, определяется как эквивалент массы-энергии всех его электромагнитных полей:

m_{0}={\frac  {1}{8\pi c^{2}}}(\int (E^{2}+H^{2})dv)

Зависимость массы протона от энергии полей приводит к тому, что как масса и энергия, так и время жизни протона зависят от величины энергии протона во внешних полях и могут изменяться. - Свободный протон отличается от протона в составе атомного ядра.

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

Структура протона представлена на рисунке. Электрическое поле протона состоит из двух областей: внешней области с положительным зарядом и внутренней области с отрицательным зарядом - у протона, не один, а два электрических заряда. Разность зарядов внешней и внутренней областей определяет суммарный электрический заряд протона +e. В основе его квантования лежат геометрия и строение элементарных частиц.

Радиус области пространства, занимаемого протоном (~{r_{{0}}}) определяется как сумма среднего расстояния от центра протона, на котором вращается его переменное электромагнитное поле (~{r_{{0\sim }}}), и радиуса кольцевой области, занимаемой переменным электромагнитным полем протона. В итоге получается:

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

где L - главное квантовое число протона в полевой теории, m0~ - масса заключенная в переменном электромагнитном поле протона. Для протона этот радиус равен 4,5616 ∙10-16 м. Протон не является сферически симметричным.

Магнитный момент протона не является аномальным в полевой теории элементарных частиц, и конструируется путём сложения вкладов от двух токов

  • (+) с магнитным моментом +2 eħ/m0c
  • (-) с магнитным моментом -0,5 eħ/m0c

с поправкой на процент энергии, содержащейся в переменном электромагнитном поле (0,9221), и добавкой спиновой составляющей. В результате получается 2,7928474 ядерных магнетона.

Более исчерпывающую информацию можно посмотреть в подлиннике : Протон - это элементарная частица.

Ссылки[править]

1. CODATA Value: proton mass energy equivalent in MeV.

2. CODATA Value: proton mass in u.

3. CODATA Value: proton mass.

4. CODATA Value: proton-electron mass ratio.

5. Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. — М.: Наука, 1972. — 670 с.

6. Бете, Ханс Альбрехт|Бете, Г., Моррисон Ф. Элементарная теория ядра. — М: ИЛ, 1956. — С. 48.

7. Химический энциклопедический словарь / гл. редактор И.Л.Кнунянц. — М.: «Советская энциклопедия», 1983. — С. 484. — 792 с.

8. Иванов И. Какую форму имеет быстро летящий протон? Оригинал: Blok, L. Frankfurt, M. Strikman. On the shape of a rapid hadron in QCD.

9. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing.

10. Randolf Pohl, Aldo Antognini, François Nez, Fernando D. Amaro, François Biraben, João M. R. Cardoso, Daniel S. Covita, Andreas Dax, Satish Dhawan, Luis M. P. Fernandes, Adolf Giesen, Thomas Graf, Theodor W. Hänsch, Paul Indelicato, Lucile Julien, Cheng-Yang Kao, Paul Knowles, Eric-Olivier Le Bigot, Yi-Wei Liu, José A. M. Lopes, Livia Ludhova, Cristina M. B. Monteiro, Françoise Mulhauser, Tobias Nebel, Paul Rabinowitz, et al. (8 July 2010). The size of the proton. Nature Vol. 466 (7303): 213–216. https://dx.doi.org/10.1038%2Fnature09250.

11. Proton Structure from the Measurement of 2S-2P Transition Frequencies of Muonic Hydrogen.

12. Fedosin S.G. The radius of the proton in the self-consistent model. Hadronic Journal, 2012, Vol. 35, No. 4, P. 349 – 363; статья на русском языке: Радиус протона в самосогласованной модели.

13. Комментарии к книге: Федосин С.Г. Физические теории и бесконечная вложенность материи. Пермь, 2009, 844 стр., Табл. 21, Ил.41, Библ. 289 назв. ISBN 978-5-9901951-1-0.

14. Федосин С.Г. Физика и философия подобия от преонов до метагалактик, Пермь: Стиль-МГ, 1999, 544 стр., Табл.66, Ил.93, Библ. 377 назв. ISBN 5-8131-0012-1.

15. Федосин С.Г. Современные проблемы физики, М: Эдиториал УРСС, 2002, 192 стр., Ил.26, Библ. 50 назв. ISBN 5-8360-0435-8.

16. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание второе. М.: Энергоатомиздат, 2003. 584 с. ISBN 5-283-03229-9.

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

См. также[править]

Внешние ссылки[править]

Источник — «http://www.wikiznanie.ru/wikipedia/index.php?title=Протон&oldid=405480»
Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: