Маса нейтрона, пратона, электрона - што агульнага?

Як толькі здараецца сустрэцца з невядомым прадметам, так абавязкова ўзнікае меркантыльна-жыццёвы пытанне - а колькі гэта важыць. А вось калі гэта невядомае - элементарная часціца, што тады? А нічога, пытанне застаецца ранейшым: якая ж маса гэтай часціцы. Калі б нехта заняўся падлікам выдаткаў, панесеных чалавецтвам для задавальнення свайго цікаўнасці на даследаванні, дакладней, вымярэння, масы элементарных часціц, то мы б даведаліся, што, напрыклад, маса нейтрона ў кілаграмах з ашаламляльныя колькасцю нулёў пасля коскі, абыйшлося чалавецтву даражэй, чым самае дарагое будаўніцтва з такім жа колькасцю нулёў да коскі.

А пачыналася ўсё вельмі будзённа: у кіраванай Дж. Дж.Томсоном лабараторыі ў 1897 г. праводзіліся даследаванні катодных прамянёў. У выніку была вызначана універсальная канстанта для Сусвету - велічыня адносіны масы электрона да яго зараду. Да вызначэння масы электрона засталося зусім няшмат - вызначыць яго зарад. Праз 12 гадоў Роберт Милликен здолеў гэта зрабіць. Ён праводзіў эксперыменты з падаючымі ў электрычным полі кропелькамі алею, і яму ўдалося не толькі ўраўнаважыць іх вага велічынёй поля, але і правесці неабходныя і надзвычай тонкія вымярэння. Іх вынік - колькасную значэнне масы электрона:

me = 9,10938215 (15) * 10-31кг.

Да гэтага часу адносяцца і даследаванні структуры атамнага ядра, дзе першапраходцам быў Эрнэст Радэрфорд. Менавіта ён, назіраючы за рассейваннем зараджаных часціц, прапанаваў мадэль атама з вонкавага электроннай абалонкай і станоўчым ядром. Часціца, якой у планетарнай мадэлі атама была прапанаваная роля ядра найпростага атама, атрымлівалася пры бамбардзіроўцы азоту патокам альфа-прамянёў. Гэта была першая ядзерная рэакцыя, атрыманая ў лабараторыі - у яе выніку з азоту атрымліваўся кісларод і ядра будучых атамаў вадароду, названых пратонамі. Аднак, альфа-прамяні складаюцца з складаных часціц: акрамя двух пратонаў яны ўтрымліваюць яшчэ два нейтрона. Маса нейтрона амаль роўная масе пратона і агульная маса альфа-часціцы атрымліваецца цалкам самавітай для таго, каб разбурыць сустрэчнае ядро і адшчапіць ад яго «кавалачак», што і здарылася.

Паток станоўчых пратонаў адхіляўся электрычным полем, кампенсуючы яго адхіленне, выкліканае сілай цяжару. У гэтых эксперыментах вызначыць масу пратона ўжо было няцяжка. Але самым цікавым было пытанне пра тое, якія суадносіны маюць маса пратона і электрона. Загадка была тут жа вырашана: маса пратона перавышае масу электрона крыху больш, чым 1836 раз.

Такім чынам, першапачаткова, мадэль атама меркавалася, па Рэзерфорда, як электронна-пратонны камплект з аднолькавым лікам пратонаў і электронаў. Аднак зусім хутка аказалася, што першасная ядзерная мадэль не цалкам апісвае ўсё назіраныя эфекты па узаемадзеянням элементарных часціц. Толькі ў 1932 году Джэймс Чедвик пацвердзіў гіпотэзу аб дадатковых часціцах ў складзе ядра. Іх назвалі нейтронах, нейтральнымі пратонамі, бо яны не мелі зарада. Менавіта гэтая акалічнасць абумоўлівае іх вялікую пранікальную здольнасць - яны не расходуюць сваю энергію на іянізацыю сустрэчных атамаў. Маса нейтрона зусім нязначна перавышае масу пратона - усяго прыкладна на 2,6 электронных масы больш.

Хімічныя ўласцівасці рэчываў і злучэнняў, якія ўтвараюцца дадзеных элементам, вызначаюцца лікам пратонаў у ядры атама. З часам пацвердзілася ўдзел пратона ў моцных і іншых фундаментальных узаемадзеяннях: электрамагнітным, гравітацыйным і слабым. Пры гэтым, нягледзячы на тое, што зарад нейтрона адсутнічае, пры моцных узаемадзеяннях пратон і нейтрон разглядаюць як элементарную часціцу нуклонов ў розных квантавых станах. Збольшага падабенства паводзін гэтых часціц тлумачыцца і тым, што маса нейтрона вельмі мала адрозніваецца ад масы пратона. Стабільнасць пратонаў дазваляе выкарыстоўваць іх, папярэдне паскараем да высокіх хуткасцяў, у якасці бамбуюць часціц для ажыццяўлення ядзерных рэакцый.