Совет 1: Что такое нуклоны

Нуклон – это общее название протона и нейтрона, частиц, из которых состоят ядра атомов. Большая часть массы атома приходится на нуклоны. Несмотря на то что протоны и нейтроны различаются в некоторых свойствах и поведении, физики склонны считать их членами одного «семейства».



Протоны и нейтроны имеют почти одинаковую массу, разница ее составляет не более 1 %. Силы, действующие между двумя протонами или нейтронами, на одинаковом расстоянии, практически равны. Наиболее существенным различием между нейтроном и протоном является наличие у последнего положительного электрического заряда. Нейтрон, в отличие от протона, заряда не имеет.

Фундаментальной частицей вещества является ядро водорода, поскольку оно представляет собой протон. Этот факт установил Э. Резерфорд, он доказал, что масса положительного заряда атома находится в очень маленькой области пространства. Масса протона в 1836 раз превышает массу электрона, а его электрический заряд равен по величине заряду электрона, но имеет противоположный знак. Так же, как и электрон, протон обладает спином, не равным нулю. Спин – это характеристика вращения частицы вокруг своей оси, аналогично суточному вращению Земли. Если протон находится в магнитном поле, то он вращается, как юла, под воздействием силы тяжести. Скорость этого движения определяется магнитным моментом. Его направление у протона совпадает с направлением оси вращения.

Существование нейтронов было доказано ассистентом Э. Резерфорда Дж. Чедвиком. В своем опыте Чедвик облучал бериллий, который в свою очередь также становился источником излучения. Данное излучение при столкновении с ядрами выбивало из них протоны. Чедвик предположил, что излучение представляет собой поток частиц с массой, равной массе протона, но не имеющих электрического заряда, и назвал их нейтронами.

В современной физике существует кварковая модель, дающая представление о структуре нуклонов. Согласно ей, нуклоны состоят из кварков трех типов – более простых частиц. Если по данной теории заряд протона обозначить через е, то он будет иметь два кварка с зарядом +2/3е и один кварк с зарядом -1/3е, а нейтрон – один кварк с зарядом +2/3е и два кварка с зарядом –1/3е. Эта модель имеет довольно убедительное подтверждение в экспериментах по рассеиванию электронов высоких энергий. Электроны при взаимодействии с нуклонами выявили у них присутствие внутренней структуры.


Совет 2: Какое физическое взаимодействие определяет связь нуклонов в ядре

В природе существуют 4 вида взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Именно сильное взаимодействие осуществляет прочную связь составляющих нуклона в ядре атома.

Нуклоны и кварки



Нуклонами называют крошечные частицы, из которых состоит ядро атома. К ним относят протоны и нейтроны. Протон - ядро атома водорода, обладающее положительным зарядом. Нейтрон имеет нулевой заряд. Массы этих двух частиц приблизительно одинаковы (отличаются на 0,14%). В целом атом электрически нейтрален. Это обеспечивается отрицательным зарядом электронов, вращающихся вокруг ядра. Нуклоны участвуют в сильном взаимодействии.

До недавнего времени ученые полагали, что нуклоны - неделимые частицы. Однако эта теория потерпела крах после открытия кварковой модели ядра и проведения опытов, подтверждающих ее истинность. Согласно ей, протоны и нейтроны состоят из еще более мелких частиц - кварков.

Каждый нуклон состоит из трех кварков. Они обладают специфической характеристикой - «цветом» (не имеет никакого отношения к цвету в традиционном понимании). Этим словом принято обозначать их заряд. Именно кварки осуществляют сильное взаимодействие, обмениваясь между собой особыми квантами - глюонами (переводится как «клей»). Связь между протонами и нейтронами в ядре образуется при помощи остаточного сильного взаимодействия, называемого ядерным. Оно не входит в число фундаментальных.

Сильное взаимодействие



Это одно из четырех фундаментальных взаимодействий в природе. Оно осуществляется только на расстояниях порядка фемтометра. Сильное взаимодействие в тысячи раз мощнее электромагнитного. Его иногда в шутку называют рыцарем с короткими руками.

Кварки не встречаются в свободном состоянии и так сильно связаны между собой, что их нельзя разделить. По крайней мере современная наука не имеет понятия, как это можно осуществить. Феномен сильного взаимодействия состоит в том, что при увеличении расстояния между кварками, сила взаимодействия между ними возрастает в несколько раз. Наоборот, при сближении сила взаимодействия значительно ослабевает. В отличие от сильного, сила ядерного взаимодействия резко убывает с увеличением расстояния между нуклонами.

Изучением кваркового взаимодействия занимается квантовая хромодинамика. Она изучает свойства глюонного поля, а также характеристики кварков (странность, очарование, цвет и другие). В стандартной модели только кварки и глюоны способны осуществлять сильное взаимодействие. В гравитационной теории оно допускается и для лептонов.
Видео по теме
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500