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.
|
|