Свойства протонов и нейтронов

Имеются следующие характеристики:

- масса покоя

- электрический заряд

- спин

- собственный магнитный момент

а.е.м. (масса покоя нейтрона)

У протона масса незначительно больше. Различие в массах покоя связано с электрическими зарядами у протона.

Электрический заряд: протон имеет положительный элементарный заряд Кл.

У нейтрона этого свойства нет.

Спин.

В физике, когда речь идет о вращательном движении тела, важное значение имеет вращательное движение (момент количества движения) – её характеристика.

В классической физике изменение имеет непрерывный характер. Оказывается, в рамках квантовой модели, модуль вектора принимает не любые значения, а только их определенный набор.

определяется:

, где - орбитальное квантовое число, которое может принимать значения от 0 до , где это главное квантовое число.

Момент количества как вектор допускает одновременное задание модуля и одну из трех возможных проекций.

Проекция определяется формулой: где m – магнитное квантовое число, принимающее значения ., т.е. общее число возможных проекций будет: (см. соответствующий раздел квантовой механики).

Следующая формула удовлетворяет всем требованиям

, где s – спиновое квантовое число.

, тогда . У других частиц спин может быть и другим.

Рассмотрим вспомогательную задачу: есть электрон, который вращается по круговой орбите радиуса R по часовой стрелке. Найти отношение магнитного момента к механическому.

- магнитный момент.

(если в СГС, то внизу появляется скорость света).

Т.о. отношение имеет глубокий физический смысл, т.к выражается через фундаментальные физические константы.

Если эту задачу решить в рамках квантовой механики, то результат будет такой же.

Если перейти к расстояниям соизмеримым с размерами самого электрона, то выявляется то
, что это отношение увеличивается в 2 раза, а сама структура остается. Это связано с изменением свойств пространства и времени.

- собственный магнитный момент, который переходит в собственный механический момент , и получается отношение:

“-” – имеет физический смысл: вектора и противоположны по направлению.

Т.о. есть характеристика частицы, а когда электрическая частица образуется в природе, то у нее образуется собственный .

, где - магнитон Бора – это единица измеряет магнитный момент в квантовой физике.

,

На этом примере рассмотрена природа понятий спина и собственного магнитного момента для электрона. В общих чертах эти понятия характерны и для других элементарных частиц, в том числе протонов и нейтронов. У протона и нейтрона спин такой же, как у электрона и равен . Собственный магнитный момент протона и нейтрона должен быть , где - величина, называемая ядерным магнитоном.

В 1928 году английский физик Дирак получил квантовомеханическое уравнение для электрона с учетом релятивистских эффектов. Из решения этого уравнения Дирака естественным образом в виде следствия получалось значение спина электрона. Магнитный момент нейтрона должен быт равным нулю, а магнитный момент протона – ядерному магнитону. Однако, эксперимент дал другой результат: , .

А магнитный момент протона в 2 раза его превышает. Отметим лишь, что спин как квантовая характеристика играет исключительную роль в мире элементарных частиц. Любая векторная величина, характеризующая частицу в конечном итоге выражается через вектор спина.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: