Тоска элементарных частиц
Мирные ядерные взрывы.
Видео взято с канала radiation hazard
Нейтрон под лупой
Итак, знакомьтесь:
нуклон
адрон
а также барион и фермион
элементарная(?) частица
недоядро, недонуклид и недоатом
недоэлемент!
участник барионной асимметрии Вселенной,
чьё время жизни точно не определено(?!)
причина ядерных реакций
на вид нейтральный, но несёт заряд внутри
спаситель от "азотной катастрофы",
что сам себя спасти не смог,
внутри тебя 5 000 раз в секунду распадаясь
раунд!
1. Нуклоны – так называют элементарные(?) частицы, входящие в состав атомных ядер. Нейтрон входит в состав атомных ядер. Следовательно, он – нуклон.
2. Адроны – составные(!) частицы, состоящие из (двух и более) кварков. Нейтрон состоит из трёх кварков (udd). Следовательно, он – адрон.
3. Барионы – это такие адроны (состоящие из кварков), у которых число кварков нечётно (обычно три). Нейтрон соответствует этому описанию. Следовательно, он – барион.
4. Фермионы – частицы с полуцелым спином (что бы этот термин ни обозначал). Спин нейтрона равен 1/2. Следовательно, он – фермион.
5. Нейтрон в том же смысле (физически) элементарная частица, в каком атом – (химически) неделимая частица.
Атом химически разделить нельзя, хотя он имеет структуру и может отдавать электроны, превращаясь в ион. Но устроить атому #TetrisChallenge и разложить все его протоны, нейтроны и электроны в ряд обычными химическими методами не получится.
Нейтрон физически разделить нельзя, хотя он имеет структуру и может распадаться с образованием протона, электрона и электронного антинейтрино. Но разложить его кварки в ряд обычными физическими методами не получится.
Таким образом, "элементарная частица" – это скорее исторический термин, отражавший наши представления о нейтроне на момент его открытия. Сегодня применяются более точные термины фундаментальная частица (не имеющая структуры) и составная частица (имеющая внутреннюю структуру). В этом смысле нейтрон – частица составная.
6. Хотя нейтрон входит в состав ядер атомов всех химических элементов (кроме самого лёгкого изотопа водорода – протия), сам он полноценного ядра и атома (а следовательно, нуклида и элемента) не образует (т.к. в силу своей нейтральности неспособен удерживать возле себя электроны). Тем не менее, разлить сильно охлаждённый "нейтронный газ" по бутылкам (в прямом смысле слова – молочным) всё же можно (точно так же, как жидкий азот, гелий или водород). Это может многим показаться невероятным, но такую возможность ещё в 1959 году теоретически предсказал советский академик Зельдович, а через девять лет, в 1968 году, практически осуществил профессор Шапиро. Эта тема интересна сама по себе, и подробнее обсудить её можно в комментариях (или в отдельной статье). Так что в некотором смысле нейтрон (при желании) можно считать образующим вещество элементом (а также нуклидом, атомом и ядром, пусть и вырожденным) – это всего лишь вопрос договорённостей.
7. Вопрос барионной асимметрии Вселенной (т.е. труднообъяснимого превалирования вещества над антивеществом) был впервые поднят в 1967 году академиком Сахаровым. Почему существование вещества в наблюдаемой Вселенной сложно объяснить (с точки зрения Стандартной модели)? Современные теории строения вещества исходят из того, что на ранних этапах развития Вселенной все частицы образовывались парами вместе со своими античастицами, т.е. частиц и античастиц во Вселенной должно быть поровну. Тем не менее, найти значительные количества антивещества учёные на сегодня не могут. И тут возможны две основные версии: либо антивещество где-то прячется (крайне маловероятно, но в принципе возможно), либо вещества действительно образовалось больше! Существует оценка: на каждый миллиард античастиц в силу каких-то не до конца понятных причин образовалась миллиард плюс одна частица. Потом миллиард частиц и античастиц аннигилировали (и превратились в излучение), а одна лишняя частица осталась (и вместе со своими сёстрами входит в состав всего, что мы видим вокруг). Нейтрон (на пару с протоном) как раз и образует основную часть (барионного – см. п. 3) вещества Вселенной.
8. Нейтрон (в отличии от протона) в свободном состоянии нестабилен и примерно через 15 минут (в среднем) распадается с образованием образованием протона, электрона и электронного антинейтрино: n⁰ → p⁺ + e⁻ + ν̃ₑ. Существует два основных метода определения времени жизни нейтрона: традиционный "пучковый" (с помощью магнитной ловушки определяют, сколько в пучке нейтронов в результате распада образовалось положительно заряженных протонов – т.е. считают получившиеся протоны) и относительно новый "бутылочный" (в "бутылке" собирают ультрахолодные нейтроны (см. п. 6), ждут некоторое время и потом считают, сколько осталось нераспавшихся нейтронов). Проблема в том, что "бутылочный" метод (его сейчас активно использует группа питерского физика Сереброва) даёт значительные расхождения с "пучковым" – до 9 секунд (что по современным меркам очень много), и причина этого до конца неизвестна (гипотезы выдвигаются самые разные, вплоть до совершенно фантастических). Детальнее этот вопрос можно обсудить отдельно.
9. И последнее на сегодня (пропустим несколько пунктов презентации) – природная радиоактивность организма. Она вызвана в основном двумя радиоактивными изотопами (калий-40 и углерод-14), подверженными β-распаду с участием нейтрона.
Первый из них (⁴⁰K) распадается с образованием кальция: ⁴⁰K → ⁴⁰Ca + e⁻ + ν̃ₑ (9 случаев из 10) или аргона: ⁴⁰K + e⁻ → ⁴⁰Ar + νₑ (1 из 10). Очень редко (в 1 на 100 тысяч случаев) происходит распад с излучением позитрона – античастицы для электрона: ⁴⁰K → ⁴⁰Ar + e⁺ + νₑ. Таким образом, наш организм постоянно синтезирует антивещество (пусть и в очень-очень малых количествах). Последние две реакции служат причиной того, что третий по объёму газ атмосферы (после азота и кислорода) – это аргон (составляющий почти 1% воздуха), а вовсе не углекислый газ (он занимает только 4-е место). По этой же причине (большое количество радиогенного изотопа ⁴⁰Ar) земной аргон слишком тяжёлый (тяжелее калия), что в своё время заставило сильно задуматься Менделеева (который в своей таблице расставлял элементы по весу и для аргона был вынужден сделать исключение).
В среднем содержание калия в организме человека составляет около 2,5 г на 1 кг массы тела. Из них 0,0117% (т.е. 0,3 мг) приходится на ⁴⁰K, активность 1 г которого составляет 2,65∙10⁵ Бк (т.е. 265 000 распадов в секунду). Для человека массой 70 кг это даёт 70×(0,3∙10⁻³)×(2,65∙10⁵) ≈ 5000 распадов в секунду или 60×5000 = 300 000 распадов в минуту. Поделив результат на 100 000, получим, что в организме взрослого человека в минуту образуется 3 частицы антивещества (тех самых позитронов).
Другой природный радиоизотоп (¹⁴C) позволяет установить возраст ископаемых биоматериалов или отличить водку, сделанную из пищевого спирта (полученного из картошки и зерна), от водки, сделанной из технического спирта (полученного, например, из нефти – если кому-нибудь в голову придёт такая идея). "Натуральная" водка обязательно будет радиоактивной. Но это уже совсем другая история.
Disclaimer: не пытайтесь применять полученные на Pikabu знания против беззащитных преподавателей – это может привести к непоправимым последствиям!
Учим химию
О названиях в науке
Вы наверно слышали про какие-либо научные аббревиатуры, у которых сначала придумается само слово, а только затем расшифровка. Первый пришедший в голову вариант - SMILES (Simplified Molecular Input Line Entry System) - ну смайлики кароч))) Довелось мне работать на трехосевом спектрометре PANDA. Ожидая очередную аббревиатуры я был слегка удивлен. Знаете почему она называется ПАНДОЙ? По тому что он работает с холодными нейтронами, а они медленные МЕДЛЕННЫЕ КАК ПАНДА ЧЕРТ ПОБЕРИ. А рядом стоит такой же спектрометр на термальных нейтронах, и он называется PUMA, ПУМА GODDAMNED, ОНА ЖЕ ДАЖЕ НЕ САМЫЙ БЫСТРЫЙ ИЗ КОШАЧИХ, ВЫ МОГЛИ НАЗВАТЬ ИХ КАК УГОДНО НО НАЗВАЛИ ЕГО ПАНДОЙ И ПУМОЙ ГОСПОДЬ ЗА ЧТО. Сейчас к панде строят мультианалайзер под названием БАМБУК. Вот почему физикам нельзя доверять называть что либо.
В Питере шаверма и мосты, в Казани эчпочмаки и казан. А что в других городах?
Мы постарались сделать каждый город, с которого начинается еженедельный заед в нашей новой игре, по-настоящему уникальным. Оценить можно на странице совместной игры Torero и Пикабу.
Реклама АО «Кордиант», ИНН 7601001509