Jezgra se sastoji od protona, neutrona. U Bohrovom modelu, elektroni se kreću oko jezgre u kružnim orbitama, kao što se Zemlja okreće oko Sunca. Elektroni se mogu kretati između ovih razina, a kada to učine, oni ili apsorbiraju foton ili emitiraju foton. Koja je veličina protona i kolika je to?
Glavni građevni blok vidljivog svemira
Proton je osnovna građevna jedinica vidljivog svemira, ali mnoga njegova svojstva, kao što su polumjer naboja i njegov anomalni magnetski moment, nisu dobro shvaćena. Što je proton? To je subatomska čestica s pozitivnim električnim nabojem. Donedavno se proton smatrao najmanjom česticom. Međutim, zahvaljujući novim tehnologijama, postala je poznata činjenica da protoni uključuju još manje elemente, čestice zvane kvarkovi, prave temeljne čestice materije. Proton se može formirati kao rezultat nestabilnog neutrona.
Naplata
Koji električni naboj ima proton? Onima naboj od +1 elementarnog naboja, koji je označen slovom "e", a otkrio ga je 1874. George Stoney. Dok proton ima pozitivan naboj (ili 1e), elektron ima negativan naboj (-1 ili -e), a neutron uopće nema naboj i može se označiti 0e. 1 elementarni naboj jednak je 1,602 × 10 -19 kulona. Kulon je vrsta jedinice električnog naboja i ekvivalent je jednom amperu koji se stalno prenosi u sekundi.
Što je proton?
Sve što možete dodirnuti i osjetiti napravljeno je od atoma. Veličina tih sitnih čestica unutar središta atoma vrlo je mala. Iako čine većinu težine atoma, još uvijek su vrlo male. Zapravo, da je atom veličine nogometnog igrališta, svaki njegov proton bio bi veličine samo mrava. Protoni ne bi trebali biti ograničeni na jezgre atoma. Kada su protoni izvan atomskih jezgri, poprimaju fascinantna, bizarna i potencijalno opasna svojstva slična onima neutrona u sličnim okolnostima.
Ali protoni imaju dodatno svojstvo. Budući da nose električni naboj, mogu se ubrzati električnim ili magnetskim poljima. Protoni velike brzine i atomske jezgre koje ih sadrže oslobađaju se u velikim količinama tijekom sunčevih baklji. Zemljino magnetsko polje ubrzava čestice, uzrokujući ionosferske poremećaje poznate kao geomagnetske oluje.
Broj protona, veličina i masa
Broj protona čini svaki atom jedinstvenim. Primjerice, kisik ih ima osam, vodik samo jedan, a zlato čak 79. Ovaj broj je sličan identitetu elementa. Možete naučiti puno o atomu samo ako znate broj njegovih protona. Ova subatomska čestica, koja se nalazi u jezgri svakog atoma, ima pozitivan električni naboj jednak i suprotan elektronu elementa. Da je izoliran, imao bi masu od samo oko 1,673-27 kg, nešto manje od mase neutrona.
Broj protona u jezgri elementa naziva se atomski broj. Ovaj broj svakom elementu daje njegov jedinstveni identitet. U atomima bilo kojeg pojedinog elementa, broj protona u jezgri je uvijek isti. Jednostavan atom vodika ima jezgru koja se sastoji od samo 1 protona. Jezgre svih ostalih elemenata gotovo uvijek sadrže neutrone osim protona.
Koliko je velik proton?
Nitko ne zna sa sigurnošću, i to je problem. Eksperimenti su koristili modificirane atome vodika kako bi se dobila veličina protona. To je subatomski misterij s velikim implikacijama. Šest godina nakon što su fizičari objavili da je mjerenje veličine protona premalo, znanstvenici još uvijek nisu sigurni u pravu veličinu. Kako se sve više podataka pojavljuje, misterij se produbljuje.
Protoni su čestice unutar jezgre atoma. Dugi niz godina činilo se da je radijus protona fiksiran na oko 0,877 femtometara. Ali 2010. Randolph Paul s Instituta za kvantoptika im. Max Planck u Garchingu u Njemačkoj dobio je alarmantan odgovor koristeći novu tehniku mjerenja.
Tim je promijenio sastav jednog protona, jednog elektrona atoma vodika prebacivanjem elektrona na težu česticu zvanu mion. Zatim su ovaj promijenjeni atom zamijenili laserom. Mjerenje rezultirajuće promjene njihove razine energije omogućilo im je izračunavanje veličine njegove protonske jezgre. Na njihovo iznenađenje, ispalo je 4% manje od tradicionalne vrijednosti mjerene drugim sredstvima. Randolphov eksperiment također je primijenio novu tehniku na deuterij – izotop vodika koji u svojoj jezgri ima jedan proton i jedan neutron, zajednički poznati kao deuteron. Međutim, trebalo je dugo vremena da se točno izračuna veličina deuterona.
Novi eksperimenti
Novi podaci pokazuju da problem radijusa protona i dalje postoji. Još nekoliko pokusa u laboratoriju Randolpha Paula i drugih već je u tijeku. Neki koriste istu mionsku tehniku za mjerenje veličine težih atomskih jezgri poput helija. Drugi istodobno mjere raspršenje miona i elektrona. Paul sumnja da krivac možda nije sam proton, već netočno mjerenje Rydbergove konstante, broja koji opisuje valne duljine svjetlosti koju emitira pobuđeni atom. Ali ova konstanta je dobro poznata kroz druge eksperimente preciznosti.
Drugo objašnjenje predlaže nove čestice koje uzrokuju neočekivane interakcije između protona i miona bez promjene njegove veze s elektronom. To bi moglo značiti da nas zagonetka vodi dalje od standardnog modela fizike.čestice. “Ako u nekom trenutku u budućnosti netko otkrije nešto izvan standardnog modela, to će biti to”, kaže Paul, s prvim malim odstupanjem, zatim još jednim i još jednim, polako stvarajući monumentalniji pomak. Koja je prava veličina protona? Novi rezultati izazivaju temeljnu teoriju fizike.
Izračunavanjem utjecaja polumjera protona na putanju leta, istraživači su uspjeli procijeniti polumjer protonske čestice, koji je iznosio 0,84184 femtometra. Ranije je ovaj pokazatelj bio na oko 0,8768 do 0,897 femtometara. Kada se razmatraju tako male količine, uvijek ima mjesta za pogrešku. Međutim, nakon 12 godina mukotrpnog truda, članovi tima sigurni su u točnost svojih mjerenja. Teoriju će možda trebati dotjerati, ali bez obzira na odgovor, fizičari će se još dugo češati po glavi zbog ovog zastrašujućeg zadatka.
