Номер 3, страница 105 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

3. Чем отличается протон от нейтрона?

Протон и нейтрон – это субатомные частицы, называемые нуклонами, которые являются основными «строительными блоками» атомных ядер. Несмотря на схожесть (например, очень близкие массы и участие в сильном взаимодействии), они имеют ряд фундаментальных различий.

1. Электрический заряд
Это наиболее известное различие. Протон является положительно заряженной частицей, его заряд равен по величине элементарному заряду, но имеет противоположный знак по сравнению с электроном: $q_p = +e \approx +1,602 \times 10^{-19}$ Кл. Нейтрон, как и следует из его названия, электрически нейтрален, его суммарный заряд равен нулю: $q_n = 0$.

2. Масса
Массы протона и нейтрона очень близки, но нейтрон немного тяжелее.

• Масса протона: $m_p \approx 1,67262 \times 10^{-27}$ кг.
• Масса нейтрона: $m_n \approx 1,67493 \times 10^{-27}$ кг.

3. Стабильность
Различие в стабильности частиц в свободном состоянии является критическим.

• Протон в свободном состоянии (вне ядра) считается стабильной частицей. Эксперименты показывают, что если он и распадается, то его время жизни превышает $10^{34}$ лет, что намного больше возраста Вселенной.
• Нейтрон в свободном состоянии нестабилен. Он подвержен бета-распаду, превращаясь в протон, электрон и электронное антинейтрино. Период полураспада свободного нейтрона составляет около 10,2 минут (среднее время жизни около 15 минут). Схема распада: $n \rightarrow p^+ + e^- + \bar{\nu}_e$. Однако внутри стабильных атомных ядер нейтрон также становится стабильным.

4. Кварковый состав
В рамках Стандартной модели физики элементарных частиц и протон, и нейтрон не являются элементарными. Они относятся к классу барионов и состоят из трех более фундаментальных частиц — кварков. Разный кварковый состав и объясняет различие в их заряде.

• Протон состоит из двух «верхних» (up) кварков и одного «нижнего» (down) кварка. Его кварковая формула — uud. Заряды кварков ($+2/3e$, $+2/3e$, $-1/3e$) в сумме дают заряд протона: $(+2/3) + (+2/3) + (-1/3) = +1e$.
• Нейтрон состоит из одного «верхнего» (up) кварка и двух «нижних» (down) кварков. Его кварковая формула — udd. Суммарный заряд кварков ($+2/3e$, $-1/3e$, $-1/3e$) равен нулю: $(+2/3) + (-1/3) + (-1/3) = 0$.

Ответ: Протон отличается от нейтрона по четырем основным параметрам:
1. Электрический заряд: у протона он положительный ($+e$), у нейтрона — отсутствует (нейтрален).
2. Масса: нейтрон незначительно тяжелее протона.
3. Стабильность: свободный протон стабилен, в то время как свободный нейтрон нестабилен и распадается.
4. Кварковый состав: протон состоит из кварков 'uud' (два верхних, один нижний), а нейтрон — из 'udd' (один верхний, два нижних), что и определяет их разные заряды.