Здравствуйте дорогие читатели повести "Физика за час". Мы с вами в прошлый раз ненадолго и поверхностно заглянули внутрь атома. Удивились тому, что ядро не однородный шарик, а система состоящая из нуклонов - ПРОТОНА и НЕЙТРОНА. Ещё, нас удивил факт невозможности существования нейтрона вдали протона длительное время. Итак. У нас в руках мощный инструмент логических рассуждений и не очевидных фактов.
В рамках классической электродинамики электрон, движущийся по орбите вокруг ядра, должен излучать электромагнитные волны (из-за ускорения), терять энергию и быстро (за доли наносекунды!) упасть на ядро. Однако в реальности атомы стабильны. Почему?
В квантовой модели атома (модель Бора, позже — уравнение Шрёдингера) электроны существуют в виде "ВОЛН ВЕРОЯТНОСТИ", а не как точечные частицы. Это приводит к принципиально иному поведению:
Электроны могут находиться только на определённых орбиталях (энергетических уровнях), где их энергия квантована. Находясь на самом низком уровне (основное состояние), электрон не может потерять энергию — излучать некуда, так как ниже нет разрешённых состояний.
Если бы электрон "упал" на ядро, его положение было бы точно известно, а импульс стал бы неопределённым. Это привело бы к огромной кинетической энергии, которая вытолкнула бы электрон обратно на разрешённую орбиталь.
Электрон в атоме описывается волновой функцией, которая образует стационарные стоячие волны вокруг ядра. Эти волны не теряют энергию, так как не ускоряются (в отличие от классической модели). Вероятность найти электрон максимальна на определённом расстоянии от ядра, но он не имеет чёткой "траектории".
Для выхода из атома электрону требуется дополнительная энергия (например, поглощение фотона или столкновение с другой частицей). В нормальных условиях:
- На низших энергетических уровнях электрон "привязан" к ядру силами электрического притяжения.
- В возбуждённом состоянии электрон может перейти на более высокий уровень, но без внешнего воздействия он вернётся в основное состояние, излучив фотон.
А что же тогда внутри ядра!
Кварки — это фундаментальные частицы, которые являются строительными блоками протонов, нейтронов и других адронов. Они обладают дробным электрическим зарядом и никогда не наблюдаются в свободном состоянии из-за явления конфайнмента (удержания) в квантовой хромодинамике (КХД). И вот основные характеристики кварков:
Типы кварков (ароматы):
------Верхний (up, u): Заряд +2/3.
------Нижний (down, d): Заряд -1/3.
------Очарованный (charm, c): Заряд +2/3.
------Странный (strange, s): Заряд -1/3.
------Истинный (top, t): Заряд +2/3.
------Прелестный (bottom, b): Заряд -1/3.
Свойства:
------Цветовой заряд: Кварки имеют «цвет» (красный, зелёный, синий) — абстрактное свойство, связанное с сильным взаимодействием. Антикварки имеют «антицвет».
------Массы: Сильно различаются. Например, верхний кварк легче (~2.2 МэВ/c²), а истинный — самый тяжёлый (~173 ГэВ/c²).
Образование адронов:
------Барионы (например, протон, нейтрон): состоят из трёх кварков (например, протон = uud, нейтрон = udd).
------Мезоны: состоят из кварка и антикварка (например, пион = u + анти-d).
Сильное взаимодействие:
------Кварки взаимодействуют через обмен глюонами — переносчиками сильного взаимодействия. Глюоны также несут цветовой заряд, что усложняет динамику.
История:
------Теория кварков предложена Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом в 1964 году. Экспериментально подтверждены в 1968–1970-х годах в опытах по глубоконеупругому рассеянию. Кварки входят в СТАНДАРТНУЮ МОДЕЛЬ, в группу фермионов (частицы с полуцелым спином) и являются частью лептоно-кварковой структуры материи.
И так. Ядро стабильно, значит внутренняя энергия не убвает, а если убывает, то мгновенно восполняется. Нет ускорения частиц внутри всего атома. То есть все частицы движутся с одинаковой скоростью - скоростью света. Это многое объясняет! Я с трудом могу представить, чтоб электрон двигался с ускорением!! Понадобится энергия Вселенной, чтоб он ускорился! Значит, при излучении, поглощении энергии ядром атома скорость частиц не меняется! А что меняется!? Ведь мы знаем, что энергия связана со средней скоростью движения частиц! А тут не связана получается? Как тогда электрон поглощает фотон? И где эта его "запазуха", чтобы ему там находиться?Почему эненргия электрона не связана с его зарядом, спином, массой, скоростью?! Только уровнем пребывания электрона вблизи ядра!. Здесь много чёрных кошек и мешков для котов. Но мы не суеверны! Правда?! Будем с Божьей помощью искать ответы.
Спасибо. До новых встреч.