Zaryad radiusi

Zaryadning oʻrtacha kvadratik radiusi atom yadrosining oʻlchami, ayniqsa protonlar taqsimotining oʻlchovidir. Proton radiusi taxminan $1femtometr=10^{-15}metr$ ni tashkil qiladi. Uni elektronlarning yadrodan sochilishi bilan oʻlchash mumkin. Yadro zaryadining oʻrtacha kvadrat taqsimotidagi nisbiy oʻzgarishlar atom spektroskopiyasi bilan aniq oʻlchanishi mumkin.

Taʼrif

Atom yadrosining radiusni aniqlash masalasi atom radiusini aniqlash masalasiga oʻxshashdir. Ularning hech biri aniq belgilangan chegaralarga ega emas. Biroq, yadroning asosiy suyuqlik-tomchi modellari nuklonlarning yetarlicha bir xil zichligini ifodalaydi. Nazariy jihatdan yadroga atomdan koʻra oxiri zichligi markazdan asta-sekin kamayib boruvchi yuqori diffuz elektron bulutlardan iborat maʼlum sirt beradi. Ayrim protonlar va neytronlar yoki kichik yadrolar uchun oʻlcham va chegara tushunchalari noaniqroq boʻlishi mumkin. Bitta nuklon uchta valentli kvark, bogʻlovchi glyuonlar va kvark-antikvark juftlarining "dengizi" deb ataladigan "rang bilan chegaralangan" yigʻma sifatida koʻrib chiqilishi kerak. Bundan tashqari, nuklon kuchli yadro kuchlari uchun mas'ul boʻlgan Yukava pion maydoni bilan oʻralgan. Yukava mezon maydoni atrofidagi proton yoki nuklon oʻlchamlarining bir qismi sifatida kiritish yoki uni alohida obyekt sifatida koʻrib chiqish qiyin boʻlishi mumkin.

Atomlar va yadrolarning kvant sohasida nimani anglatishidan qatʼi nazar, oʻlchamning baʼzi jihatlarini oʻlchash uchun amalga oshirilishi mumkin boʻlgan eksperimental jarayonlar juda muhimdir. Eng avvalo, yadroni elektronlarning sochilishi tajribalarini talqin qilish uchun musbat zaryadli sfera sifatida modellashtirish mumkin. Elektronlar oʻrtacha qiymat olishlari mumkin boʻlgan bir qator effektiv kesimlar diapazonini "koʻradi". "Oʻrtacha kvadratik ildiz qiymat" kvalifikatsiyasi elektronning sochilishini aniqlaydigan radius kvadratiga proporsional boʻlgan yadroning effertib kesimi boʻlgani sababli paydo boʻladi.

Zaryad radiusining bu taʼrifi koʻpincha bir nechta kvarkdan tashkil topgan proton, neytron, pion yoki kaon kabi murakkab adronlarga nisbatan qoʻllanadi. Antimodda barioni (masalan, antiproton) va baʼzi nol elektr zaryadiga ega boʻlgan zarralar holatida, murakkab zarracha elektronlarning sochilishi tajribalarini talqin qilish uchun musbat emas, balki manfiy elektr zaryadli sfera sifatida modellashtirilishi kerak. . Bunday hollarda, zarrachaning zaryad radiusining kvadrati manfiy deb aniqlanadi, yaʼni agar u boshqa barcha jihatlarda bir xil boʻlib, lekin zarrachadagi har bir kvark qarama-qarshi elektr zaryadiga ega boʻlganda, huddi shunday absolut qiymatdagi uzunlik birliklari kvadrati musbat zaryad radiusining kvadratiga teng boʻladi (zaryad radiusining oʻzi esa uzunlik birliklari bilan xayoliy son boʻlgan qiymatga ega).^[1] Zarracha uchun zaryad radiusining oʻzi emas, balki zaryad radiusining manfiy kvadrati haqida maʼlumot berish uchun xayoliy qiymatni qabul qilishi odatiy holdir.

Zaryad radiusining manfiy kvadratiga ega boʻlgan eng mashhur zarracha neytrondir . Neytron neytral elektr zaryadga ega ekanligiga qaramay, uning zaryad radiusi kvadrati nega manfiy boʻlishining evristik tushuntirishi shundan iboratki, bu holat odatda uning manfiy zaryadlangan pastki kvarklari neytronning tashqi qismida joylashgan va shu bilan birga musbat zaryadlangan yuqori kvarklar neytron markaziga toʻgʻri keladi. Zarracha ichidagi zaryadning bunday assimetrik taqsimlanishi butun zarracha uchun zaryad radiusining kichik manfiy kvadratini keltirib chiqaradi. Biroq, bu neytronning bu xususiyatini tushuntirish uchun ishlatiladigan turli xil nazariy modellarning eng oddiyidir, ulardan baʼzilari yanada qiyinroqdir.^[2]

Deytronlar va undan yuqori yadrolar uchun sochilish zaryad radiusi r _d (sochilish maʼlumotlaridan olingan) va bogʻlangan holat zaryad radiusi R _d oʻrtasida farqlash odatiy holdir, bunda elektromagnit maydondagi anomal magnit moment^[3]^[4] harakatini baholash va spektroskopik maʼlumotlarni qayta ishlash uchun mos keluvchi Darvin-Foldi atamasi mavjud.^[5] Ikki radius bir-biri bilan quyidagi munosabat orqali bogʻlangan

R_{\rm {d}}={\sqrt {r_{\rm {d}}^{2}+{\frac {3}{4}}\left({\frac {m_{\rm {e}}}{m_{\rm {d}}}}\right)^{2}\left({\frac {\lambda _{\rm {C}}}{2\pi }}\right)^{2}}},

bu yerda m _e va m _d mos ravishda elektron va deytronning massalari, $\lambda _{C}$ esa elektronning Kompton toʻlqin uzunligi. Proton uchun ikkila radius ham bir xil.^[5]

Tarixi

Asosiy maqola: Geiger–Marsden experiment

Yadro zaryadi radiusini birinchi boʻlib 1909-yilda Hans Geyger va Ernest Marsden^[6] Ernest Ruterford rahbarligida Buyuk Britaniyaning Manchester universitetining Fizik laboratoriyalarida hisoblangan. Mashhur tajribada $\alpha$ -zarrachalarning oltin folgada sochilishidan iboratdir. Bunda baʼzi zarralar 90 ° dan ortiq burchak ostida sochiladi, yaʼni bu $\alpha$ -manba hisoblanib, folgadan ortiga qaytib keladi. Ruterford oltin yadro radiusining yuqori chegarasini 34 femtometrda belgilashga muvaffaq boʻldi..^[7]

Keyinchalik tadqiqotlar ogʻirroq yadrolar uchun zaryad radiusi va massa soni A oʻrtasida empirik bogʻliqlikni aniqladi ( $A>20$ ):

R\thickapprox r_{0}A^{\frac {1}{3}}

bu yerda empirik doimiy $r_{0}=1,2-1,5fm$ ni protonning Kompton toʻlqin uzunligi sifatida talqin qilish mumkin. Bu oltin yadrosi uchun zaryad radiusini beradi (A = 197) taxminan 7,69 fm.^[8]

Zamonaviy oʻlchovlar

Zamonaviy toʻgʻridan-toʻgʻri oʻlchovlar vodorod va deyteriydagi atom energiyasi darajasini aniq oʻlchashga va elektronlarning yadrolar tomonidan sochilishini oʻlchashga asoslangan.^[9]^[10] Proton va deytronlarning zaryad radiuslarini bilishga katta qiziqish bor, chunki ularni atom vodorod / deyteriy spektri bilan solishtirish mumkin: yadroning nolga teng boʻlmagan kattaligi elektron energiya darajalarining siljishiga olib keladi, bu esa spektral chiziqlar chastotasining oʻzgarishida namoyon boʻladi. Bunday taqqoslashlar kvant elektrodinamikasining (KED) tekshirishlaridir. 2002-yildan beri proton va deytron zaryad radiuslari CODATA (Xalqaro ilmiy kengashning maʼlumotlar boʻyicha qoʻmitasi) fizik konstantalar uchun tavsiya etilgan qiymatlar toʻplamida mustaqil ravishda aniqlangan parametrlar, yaʼni tavsiya etilgan qiymatlarni aniqlash uchun sochilish maʼlumotlari va spektroskopik maʼlumotlardan foydalaniladi.^[11]

2018 CODATA tavsiya etgan qiymatlari:^[12]

proton:

R_{p}=8,414(19)\times 10^{-16}m

deytron:

R_{d}=2,12799(74)\times 10^{-15}m

Yaqin vaqtlardagi oʻlchashlarda myuonik vodorod (proton va manfiy myuondan tashkil topgan ekzotik atom) dagi Lamb siljishini proton zaryad radiusi uchun sezilarli darajada pastroq qiymatni koʻrsatdi, 6984840870000000000♠0.84087(39) fm: bu nomuvofiqlikning sababi aniq emas.^[13]

Ushbu tarjima Oʻzbekiston Milliy Universiteti Fizika fakulteti talabasi Ikbalova Muxlisaxon tomonidan qilindi.

Foydalanilgan adabiyotlar roʻyxati

↑ See, e.g., Abouzaid, et al., "A Measurement of the K0 Charge Radius and a CP Violating Asymmetry Together with a Search for CP Violating E1 Direct Photon Emission in the Rare Decay KL->pi+pi-e+e-", Phys. Rev. Lett. 96:101801 (2006) DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.101801 https://arxiv.org/abs/hep-ex/0508010 (determining that the neutral kaon has a negative mean squared charge radius of -0.077 ± 0.007(stat) ± 0.011(syst)fm²).
↑ See, e.g., J. Byrne, "The mean square charge radius of the neutron", Neutron News Vol. 5, Issue 4, pg. 15-17 (1994) (comparing different theoretical explanations for the neutronʼs observed negative squared charge radius to the data) DOI:10.1080/10448639408217664 http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10448639408217664#.U3GYaPldVUA
↑ Foldy, L. L. (1958), „Neutron–Electron Interaction“, Rev. Mod. Phys., 30-jild, № 2, 471–81-bet, Bibcode:1958RvMP...30..471F, doi:10.1103/RevModPhys.30.471.
↑ Friar, J. L.; Martorell, J.; Sprung, D. W. L. (1997), „Nuclear sizes and the isotope shift“, Phys. Rev. A, 56-jild, № 6, 4579–86-bet, arXiv:nucl-th/9707016, Bibcode:1997PhRvA..56.4579F, doi:10.1103/PhysRevA.56.4579, S2CID 16441189.
↑ ^5,0 ^5,1 Andoza:CODATA 1998 Andoza:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N. (1999). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 1998" (PDF). Journal of Physical and Chemical Reference Data. 28 (6): 1713–1852. Bibcode:1999JPCRD..28.1713M. doi:10.1063/1.556049. Archived from
↑ Geiger, H.; Marsden, E. (1909), „On a Diffuse Reflection of the α-Particles“, Proceedings of the Royal Society A, 82-jild, № 557, 495–500-bet, Bibcode:1909RSPSA..82..495G, doi:10.1098/rspa.1909.0054.
↑ Rutherford, E. (1911), „The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom“, Phil. Mag., 6th Series, 21-jild, № 125, 669–88-bet, doi:10.1080/14786440508637080.
↑ Blatt, John M.; Weisskopf, Victor F. (1952), Theoretical Nuclear Physics, New York: Wiley, 14–16-bet.
↑ Sick, Ingo (2003), „On the rms-radius of the proton“, Phys. Lett. B, 576-jild, № 1–2, 62–67-bet, arXiv:nucl-ex/0310008, Bibcode:2003PhLB..576...62S, doi:10.1016/j.physletb.2003.09.092, S2CID 119339313.
↑ Sick, Ingo; Trautmann, Dirk (1998), „On the rms radius of the deuteron“, Nucl. Phys. A, 637-jild, № 4, 559–75-bet, Bibcode:1998NuPhA.637..559S, doi:10.1016/S0375-9474(98)00334-0.
↑ Andoza:CODATA 2002 Andoza:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N. (2005). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2002" (PDF). Reviews of Modern Physics. 77 (1): 1–107. Bibcode:2005RvMP...77....1M. doi:10.1103/RevModPhys.77.1. Archived from the original (PDF)
↑ „The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainties“. www.nist.gov.
↑ Antognini, A.; Nez, F.; Schuhmann, K.; Amaro, F. D.; Biraben, F.; Cardoso, J. M. R.; Covita, D. S.; Dax, A.; Dhawan, S. (2013). „Proton Structure from the Measurement of 2S-2P Transition Frequencies of Muonic Hydrogen“. Science. 339-jild, № 6118. 417–420-bet. Bibcode:2013Sci...339..417A. doi:10.1126/science.1230016. PMID 23349284.

[1] See, e.g., Abouzaid, et al., "A Measurement of the K0 Charge Radius and a CP Violating Asymmetry Together with a Search for CP Violating E1 Direct Photon Emission in the Rare Decay KL->pi+pi-e+e-", Phys. Rev. Lett. 96:101801 (2006) DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.101801 https://arxiv.org/abs/hep-ex/0508010 (determining that the neutral kaon has a negative mean squared charge radius of -0.077 ± 0.007(stat) ± 0.011(syst)fm²).

[2] See, e.g., J. Byrne, "The mean square charge radius of the neutron", Neutron News Vol. 5, Issue 4, pg. 15-17 (1994) (comparing different theoretical explanations for the neutronʼs observed negative squared charge radius to the data) DOI:10.1080/10448639408217664 http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10448639408217664#.U3GYaPldVUA

[3] Foldy, L. L. (1958), „Neutron–Electron Interaction“, Rev. Mod. Phys., 30-jild, № 2, 471–81-bet, Bibcode:1958RvMP...30..471F, doi:10.1103/RevModPhys.30.471.

[4] Friar, J. L.; Martorell, J.; Sprung, D. W. L. (1997), „Nuclear sizes and the isotope shift“, Phys. Rev. A, 56-jild, № 6, 4579–86-bet, arXiv:nucl-th/9707016, Bibcode:1997PhRvA..56.4579F, doi:10.1103/PhysRevA.56.4579, S2CID 16441189.

[CODATA98-5] 5,0 ^5,1 Andoza:CODATA 1998 Andoza:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N. (1999). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 1998" (PDF). Journal of Physical and Chemical Reference Data. 28 (6): 1713–1852. Bibcode:1999JPCRD..28.1713M. doi:10.1063/1.556049. Archived from

[6] Geiger, H.; Marsden, E. (1909), „On a Diffuse Reflection of the α-Particles“, Proceedings of the Royal Society A, 82-jild, № 557, 495–500-bet, Bibcode:1909RSPSA..82..495G, doi:10.1098/rspa.1909.0054.

[7] Rutherford, E. (1911), „The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom“, Phil. Mag., 6th Series, 21-jild, № 125, 669–88-bet, doi:10.1080/14786440508637080.

[8] Blatt, John M.; Weisskopf, Victor F. (1952), Theoretical Nuclear Physics, New York: Wiley, 14–16-bet.

[9] Sick, Ingo (2003), „On the rms-radius of the proton“, Phys. Lett. B, 576-jild, № 1–2, 62–67-bet, arXiv:nucl-ex/0310008, Bibcode:2003PhLB..576...62S, doi:10.1016/j.physletb.2003.09.092, S2CID 119339313.

[10] Sick, Ingo; Trautmann, Dirk (1998), „On the rms radius of the deuteron“, Nucl. Phys. A, 637-jild, № 4, 559–75-bet, Bibcode:1998NuPhA.637..559S, doi:10.1016/S0375-9474(98)00334-0.

[CODATA02-11] Andoza:CODATA 2002 Andoza:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N. (2005). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2002" (PDF). Reviews of Modern Physics. 77 (1): 1–107. Bibcode:2005RvMP...77....1M. doi:10.1103/RevModPhys.77.1. Archived from the original (PDF)

[CODATA_2018-12] „The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainties“. www.nist.gov.

[Chargeradius-13] Antognini, A.; Nez, F.; Schuhmann, K.; Amaro, F. D.; Biraben, F.; Cardoso, J. M. R.; Covita, D. S.; Dax, A.; Dhawan, S. (2013). „Proton Structure from the Measurement of 2S-2P Transition Frequencies of Muonic Hydrogen“. Science. 339-jild, № 6118. 417–420-bet. Bibcode:2013Sci...339..417A. doi:10.1126/science.1230016. PMID 23349284.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]