6.Современные воплощения атомизма: квантовая механика, ядерная физика, физика молекулярных соединений и т. Д.

Я́дерная фи́зика — раздел физики, изучающий структуру и свойства атомных ядер, а также их столкновения (ядерные реакции).

Задачи, возникающие в ядерной физике, — это типичный пример задач нескольких тел. Ядра состоят из нуклонов (протонов и нейтронов), и в типичных ядрах содержатся десятки и сотни нуклонов. Это число слишком велико для точно решаемых задач, но всё же слишком мало́ для того, чтобы можно было пользоваться методами статистической физики. Это и привело к большому разнообразию различных моделей атомных ядер.

Число протонов в ядре (зарядовое число, также порядковый номер элемента) принято обозначать через Z, число нейтронов — черезN. Их сумма A = Z + N называется массовым числом ядра. Атомы с одинаковым Z (т. е. атомы одного и того же элемента), но различными N называются изотопами, с одинаковыми A, но различными Z — изобарами, с одинаковыми N, но различными Z —изотонами.

Основное отличие между протоном и нейтроном состоит в том, что протон — заряженная частица, заряд которой e = 4,803×10⁻¹⁰ ед. СГСЭ = 1,602×10⁻¹⁹ Кл. Это элементарный заряд, по модулю равный заряду электрона. Нейтрон же, как показывает уже его название, электрически нейтрален. Спины протона и нейтрона одинаковы и равны спину электрона, т. е. 1/2 (в единицах  ,постоянной Планка). Массы протона и нейтрона почти равны: 1836,15 и 1838,68 масс электрона соответственно.

Протон и нейтрон не являются элементарными частицами. Они состоят из двух типов кварков — d-кварка с зарядом —1/3 и u-кварка с зарядом +2/3 от элементарного заряда е. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка (суммарный заряд +1), а нейтрон из одного u-кварка и двух d-кварков (суммарный заряд — 0). Свободный нейтрон — частица нестабильная. Он распадается через 885 секунд после своего возникновения напротон, электрон и антинейтрино (см. Бета-распад нейтрона). В ядре нейтрон находится в глубокой потенциальной яме, поэтому его распад может быть запрещён законами сохранения.

Ядерная физика имеет принципиальное значение для многих разделов астрофизики (первичный нуклеосинтез, термоядерные реакции в звёздах как во время жизни на главной последовательности, так и при сходе с неё), и, очевидно, для ядерной и, в перспективе, термоядерной энергетики.

Первое явление из области ядерной физики было открыто в 1896 г. Анри Беккерелем. Это естественная радиоактивность солей урана, проявляющаяся в самопроизвольном испускании невидимых лучей, способных вызывать ионизацию воздуха и почернение фотоэмульсий. Через два года Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри открыли радиоактивность тория и выделили из солей урана полоний и радий, радиоактивность которых оказалась в миллионы раз сильнее радиоактивности урана и тория.

Детальное экспериментальное изучение радиоактивных излучений было произведено Резерфордом. Он показал, что радиоактивные излучения состоят из трех типов лучей, названных, соответственно, α-, β- и γ-лучами. Бета-лучи состоят из отрицательно заряженных электронов, альфа-лучи — из положительно заряженных частиц (альфа-частиц, которые, как выяснилось несколько позднее, являются ядрами гелия-4), гамма-лучи аналогичны лучам Рентгена (не имеют заряда), только значительно более жесткие.

Ядерная природа радиоактивности была понята Резерфордом после того, как в 1911 г. он предложил ядерную модель атома и установил, что радиоактивные излучения возникают в результате процессов, происходящих внутри атомного ядра.

Долгое время предполагалось, что ядро состоит из протонов и электронов. Однако такая модель находилась в противоречии с экспериментальными фактами, относящимися к спинам и магнитным моментам ядер. В 1932 г. после открытия Чедвиком нейтрона было установлено (Иваненко и Гейзенберг), что ядро состоит изпротонов и нейтронов. Эти частицы получили общее наименование нуклонов.

В последние годы вырисовывается шанс описать свойства по крайней мере лёгких ядер в строгой картине киральной квантовой теории поля.

Вопросы для обсуждения:

1В чем сущность концепции атомизма? Кто ее впервые предложил?

2.Каково современное представление концепции атомизма?

3.Кто и когда открыл электрон?

4.Какие модели ядра атома вы знаете, в чем их сходство и различие?

Вопросы для самостоятельной работы:

1.Квантовая механика, в чем ее сущность?

2.Ядерная физика, ее основные задачи.

3.Круг вопросов, охватываемый физикой молекулярных соединений.

Список литературы:

Иванов А.И.Концепции современного естествознания : учеб. пособие / Иванов Анатолий Иванович, Хоперсков Александр Валентинович. - Волгоград : ВолГУ, 2007. - 260 с. - Библиогр.: с. 253-257. - Допущено МО РФ.

Найдыш В.М.Концепции современного естествознания : учебник / Найдыш Вячеслав Михайлович. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Альфа-М: ИНФРА-М, 2003. - 622 с. - Библиогр.: с.585-588. - Допущено МО РФ.

 Концепции современного естествознания [Текст] : метод. указ. для студ. 3-го курса спец. "Социальная работа" и "Связи с общественностью" ОЗО / Федер. агентство по образованию, ГОУ ВПО "ВГПУ"; сост. Ю.П.Князев. - Волгоград : Изд-во ВГПУ "Перемена", 2007

Концепции современного естествознания: учебник /под ред. В.Н.Лавриненко, В.П.Ратникова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. – 319 с. – Рекоменд. МО РФ, Рекоменд. УМО.

Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: учебник. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. – 304 с.- Рекоменд. МО РФ, Рекомендовано УМО.

Рыбалов Л.Б. Концепции современного естествознания: учеб. пособие /Л.Б.Рыбалов, А.П.Садохин. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2010. – 416 с. – Рекоменд. УМО

Садохин А.П. Концепции современного естествознания: учебник. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. – 447 с. -Рекоменд. МО РФ, Рекоменд. УМО.