Номер 75.2, страница 252 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 75. Элементарные частицы. Взаимосвязь энергии и массы. Глава 10. Квантовые явления - номер 75.2, страница 252.

75.2 [1690] Атом водорода, а также нейтрон могут распадаться на протон и электрон. Почему атом водорода не считается элементарной частицей, а нейтрон причисляют к ним?

Вопрос затрагивает фундаментальные различия между составной системой, такой как атом, и частицей, которая претерпевает радиоактивный распад. Несмотря на кажущееся сходство продуктов распада, природа этих двух процессов совершенно разная.

Атом водорода — это не элементарная, а составная частица. Он представляет собой связанную систему, состоящую из протона (ядра) и электрона, которые удерживаются вместе электромагнитными силами. Процесс, при котором атом водорода "распадается" на протон и электрон, называется ионизацией. Для этого процессу необходимо сообщить энергию извне (энергию ионизации, равную 13,6 эВ), чтобы преодолеть силы притяжения. Протон и электрон существуют внутри атома как его составные части до момента ионизации.

Нейтрон, в свою очередь, рассматривается в физике как элементарная частица (в контексте субатомных частиц, не являющихся атомами), хотя в рамках Стандартной модели он также является составным и состоит из трёх кварков (одного верхнего и двух нижних). Ключевое отличие заключается в процессе его распада. Свободный нейтрон нестабилен и самопроизвольно распадается в результате слабого взаимодействия. Этот процесс называется бета-распадом. Реакция распада выглядит так:

$ n \to p^+ + e^- + \bar{\nu}_e $

Здесь $n$ — нейтрон, $p^+$ — протон, $e^-$ — электрон, а $\bar{\nu}_e$ — электронное антинейтрино (которое в условии задачи для простоты опущено).

Важнейшее отличие заключается в том, что нейтрон не состоит из протона, электрона и антинейтрино. Эти частицы не существуют внутри нейтрона до распада, а рождаются в момент самого распада. Происходит превращение одного из кварков внутри нейтрона (d-кварка в u-кварк), что и приводит к появлению новых частиц. Этот процесс является фундаментальным превращением одной частицы в другие, а не простым разделением на составные части, как в случае с атомом водорода.

Таким образом, разница заключается в следующем:

• Атом водорода — это связанная система из протона и электрона (электромагнитное взаимодействие), которые можно разделить, приложив энергию.
• Распад нейтрона — это самопроизвольный процесс превращения частицы в другие частицы (слабое взаимодействие), которые до этого не существовали в его составе.

Поэтому атом водорода является составной системой, а нейтрон классифицируется как элементарная частица в том смысле, что он является фундаментальным "кирпичиком" материи на уровне ядра, а его распад — это не разборка на части, а акт творения новых частиц.

Ответ: Атом водорода не считается элементарной частицей, потому что он является составной системой, состоящей из протона и электрона, связанных электромагнитной силой. Его "распад" (ионизация) — это разделение на уже существующие в его составе части. Нейтрон же, хотя и распадается, причисляют к элементарным частицам (в контексте адронов), так как его распад — это фундаментальное превращение, вызванное слабым взаимодействием, в ходе которого протон, электрон и антинейтрино рождаются, а не отделяются как составные части. Электрон не является составной частью нейтрона.