Содержание
Протон — стабильная частица из класса адронов, ядро атома водорода. Трудно ска¬зать, какое событие следует считать откры¬тием протона: ведь как ион водорода он был известен уже давно. В открытии протона сыграли роль и создание Э. Резерфордом планетарной модели атома (1911), и откры¬тие 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 превра¬щения 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 атом¬ный 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 современ¬ной точки зрения протон не является истин¬но 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 взаимо-действия. Данные экспериментов, в которых рассматривались процессы рассеяния электро¬нов на протонах, действительно свидетельству¬ют о наличии внутри протонов точечных рас¬сеивающих 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 нель¬зя представлять как твердый шарик. Скорее, протон напоминает облако с размытой грани¬цей, состоящее из рождающихся и аннигили¬рующих виртуальных частиц.
Протон, как и все адроны, участвует в каж¬дом из фундаментальных взаимодействий. Так. сильные взаимодействия связывают протоны и нейтроны в ядрах, электромагнитные взаимо¬действия — протоны и электроны в атомах. Примерами слабых взаимодействий могут слу¬жить бета-распад нейтрона или внутриядерное превращение протона в нейтрон с испусканием позитрона и ней¬трино (для свободного про¬тона такой процесс невозможен в силу закона сохранения и превращения энергии, так как нейтрон имеет несколько большую массу). Спин протона равен 1/2. Адроны с полу¬целым спином называются барионами ( от греческого слова, означающего «тяжелый»). К барионам относятся протон, нейтрон, раз-личные 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 сохране¬ния барионного заряда: разность между числом барионов и антибарионов в системе сохраняется в любых реакциях. Сох-ранение барионного заряда делает невозмож¬ным распад протона, ибо он легчайший из барионов. Этот закон носит эмпирический ха¬рактер и, безусловно, должен быть проверен на эксперименте. Точность закона сохранения барионного заряда характеризуется стабиль¬ностью протона, экспериментальная оценка для времени жизни которого дает значение не меньше 1032 лет.
Выдержка из текста
Элементарными называют частицы, у которых на данный момент не обнаружено внутренней структуры. Еще в прошлом веке элементар¬ными частицами считались атомы. Их внут¬ренняя структура — ядра и электроны — была обнаружена в начале XX в. в опытах Э. Резерфорда. Размер атомов — около 10 -8 см, ядер — в десятки тысяч раз меньше, а размер электронов совсем мал. Он меньше чем 10 -16 см, как это следует из современных тео¬рий и экспериментов.
Таким образом, сейчас электрон — элемен¬тарная частица. Что касается ядер, то их внутренняя структура обнаружилась вскоре после их открытия. Они состоят из нукло¬нов — протонов и нейтронов. Ядра довольно плотные: среднее расстояние между нуклонами всего в несколько раз больше их собственного размера. Для того чтобы выяснить, из чего состоят нуклоны, понадобилось около полуве¬ка, правда, при этом заодно появились и были разрешены и другие загадки природы.
Нуклоны состоят из трех кварков, которые элементарны с той же точностью, что и элек¬трон, т. е. их радиус меньше 10-16 см. Радиус нуклонов — размер области, занимаемой квар¬ками, — около 10-13см. Нуклоны принадлежат к большому семейству частиц — барионов, составленных из трех различных (или одина¬ковых) кварков. Кварки могут по-разному связываться в тройки, и это определяет раз¬личия в свойствах бариона, например, он может иметь различный спин.
Кроме того, кварки могут соединяться в пары — мезоны, состоящие из кварка и антикварка. Спин мезонов принимает целые значения, в то время как для барионов он при¬нимает полуцелые значения. Вместе барионы и мезоны называются адронами.
Список использованной литературы
Не имеется никаких данных о внутренней структуре электрона. Современные теории исходят из представлений о лептонах, как о точечных частицах. В настоящее время это проверено экспериментально до расстояний 10-16 см. Новые данные могут появиться лишь с повышением энергии столкновения частиц в будущих ускорителях.