Jądro składa się z protonów i neutronów. W modelu Bohra elektrony poruszają się wokół jądra po kołowych orbitach, jak Ziemia krążąca wokół Słońca. Elektrony mogą poruszać się między tymi poziomami, a kiedy to robią, albo absorbują foton, albo emitują foton. Jaki jest rozmiar protonu i co to jest?
Główny budulec widzialnego Wszechświata
Proton jest podstawowym budulcem widzialnego wszechświata, ale wiele jego właściwości, takich jak promień ładunku i jego anomalny moment magnetyczny, nie jest dobrze poznanych. Co to jest proton? Jest to cząstka subatomowa z dodatnim ładunkiem elektrycznym. Do niedawna proton uważany był za najmniejszą cząstkę. Jednak dzięki nowym technologiom okazało się, że protony zawierają jeszcze mniejsze pierwiastki, cząstki zwane kwarkami, prawdziwe fundamentalne cząstki materii. Proton może powstać w wyniku niestabilnego neutronu.
Opłata
Jaki ładunek elektryczny ma proton? Onma ładunek +1 elementarny ładunek, który jest oznaczony literą „e” i został odkryty w 1874 roku przez George'a Stoneya. Podczas gdy proton ma ładunek dodatni (lub 1e), elektron ma ładunek ujemny (-1 lub -e), a neutron w ogóle nie ma ładunku i może być oznaczony jako 0e. 1 ładunek elementarny to 1,602 × 10 -19 kulomba. Kulomb jest rodzajem jednostki ładunku elektrycznego i odpowiada jednemu amperowi, który jest stale transportowany na sekundę.
Co to jest proton?
Wszystko, czego możesz dotknąć i poczuć, składa się z atomów. Rozmiar tych maleńkich cząstek w środku atomu jest bardzo mały. Chociaż stanowią większość masy atomu, nadal są bardzo małe. W rzeczywistości, gdyby atom miał wielkość boiska piłkarskiego, każdy z jego protonów miałby wielkość tylko mrówki. Protony nie powinny ograniczać się do jąder atomów. Kiedy protony znajdują się poza jądrami atomowymi, nabierają fascynujących, dziwacznych i potencjalnie niebezpiecznych właściwości, podobnych do właściwości neutronów w podobnych okolicznościach.
Ale protony mają dodatkową właściwość. Ponieważ przenoszą ładunek elektryczny, mogą być przyspieszane przez pola elektryczne lub magnetyczne. Szybkie protony i zawierające je jądra atomowe są uwalniane w dużych ilościach podczas rozbłysków słonecznych. Cząsteczki są przyspieszane przez pole magnetyczne Ziemi, powodując zaburzenia jonosferyczne znane jako burze geomagnetyczne.
Liczba protonów, wielkość i masa
Liczba protonów sprawia, że każdy atom jest unikalny. Na przykład tlen ma ich osiem, wodór tylko jeden, a złoto aż 79. Liczba ta jest podobna do tożsamości pierwiastka. Możesz się wiele dowiedzieć o atomie, po prostu znając liczbę jego protonów. Ta cząstka subatomowa, znajdująca się w jądrze każdego atomu, ma dodatni ładunek elektryczny równy i przeciwny do elektronu pierwiastka. Gdyby był odizolowany, miałby masę tylko około 1,673-27 kg, nieco mniej niż masa neutronu.
Liczba protonów w jądrze pierwiastka nazywana jest liczbą atomową. Ten numer nadaje każdemu elementowi jego niepowtarzalną tożsamość. W atomach dowolnego pierwiastka liczba protonów w jądrach jest zawsze taka sama. Prosty atom wodoru ma jądro, które składa się tylko z 1 protonu. Jądra wszystkich innych pierwiastków prawie zawsze zawierają neutrony oprócz protonów.
Jak duży jest proton?
Nikt nie wie tego na pewno i to jest problem. Eksperymenty wykorzystywały zmodyfikowane atomy wodoru, aby uzyskać rozmiar protonu. To subatomowa tajemnica z dużymi implikacjami. Sześć lat po tym, jak fizycy ogłosili, że pomiar wielkości protonu jest zbyt mały, naukowcy nadal nie są pewni, jaki jest prawdziwy rozmiar. W miarę pojawiania się większej ilości danych tajemnica się pogłębia.
Protony to cząstki wewnątrz jądra atomów. Przez wiele lat proton protonu wydawał się być ustalony na około 0,877 femtometrów. Ale w 2010 roku Randolph Paul z Instytutu Quantumoptyka je. Max Planck w Garching w Niemczech otrzymał alarmującą odpowiedź przy użyciu nowej techniki pomiarowej.
Zespół zmienił skład jednego protonu i jednego elektronu atomu wodoru poprzez zamianę elektronu na cięższą cząsteczkę zwaną mionem. Następnie zastąpili ten zmieniony atom laserem. Pomiar wynikającej z tego zmiany ich poziomu energii pozwolił im obliczyć rozmiar jej jądra protonowego. Ku ich zaskoczeniu wyszedł o 4% mniej niż tradycyjna wartość mierzona innymi metodami. W eksperymencie Randolpha zastosowano również nową technikę do deuteru – izotopu wodoru, który ma jeden proton i jeden neutron, znanych wspólnie jako deuteron – w swoim jądrze. Jednak dokładne obliczenie rozmiaru deuteronu zajęło dużo czasu.
Nowe eksperymenty
Nowe dane pokazują, że problem z promieniem protonu nadal występuje. Kilka kolejnych eksperymentów w laboratorium Randolpha Paula i innych jest już w toku. Niektórzy używają tej samej techniki mionowej do pomiaru rozmiarów cięższych jąder atomowych, takich jak hel. Inne jednocześnie mierzą rozpraszanie mionów i elektronów. Paul podejrzewa, że winowajcą może nie być sam proton, ale nieprawidłowy pomiar stałej Rydberga, liczby opisującej długości fal światła emitowanego przez wzbudzony atom. Ale ta stała jest dobrze znana z innych eksperymentów dotyczących precyzji.
Inne wyjaśnienie proponuje nowe cząstki, które powodują nieoczekiwane interakcje między protonem a mionem bez zmiany ich wiązania z elektronem. Może to oznaczać, że zagadka wyniesie nas poza standardowy model fizyki.cząstki. „Jeśli w którymś momencie w przyszłości ktoś odkryje coś poza standardowym modelem, to będzie to wszystko”, mówi Paul, z pierwszą małą rozbieżnością, potem kolejną i kolejną, powoli tworząc bardziej monumentalną zmianę. Jaki jest prawdziwy rozmiar protonu? Nowe wyniki podważają podstawową teorię fizyki.
Obliczając wpływ promienia protonu na tor lotu, naukowcy byli w stanie oszacować promień cząstki protonu, który wyniósł 0,84184 femtometrów. Wcześniej wskaźnik ten wynosił około 0,8768 do 0,897 femtometrów. Rozważając tak małe ilości, zawsze jest miejsce na błąd. Jednak po 12 latach żmudnych wysiłków członkowie zespołu są pewni dokładności swoich pomiarów. Teoria może wymagać pewnych poprawek, ale niezależnie od odpowiedzi, fizycy będą drapać się po głowach przy tym zniechęcającym zadaniu przez długi czas.
