Ядрото се състои от протони, неутрони. В модела на Бор електроните се движат около ядрото по кръгови орбити, както Земята се върти около Слънцето. Електроните могат да се движат между тези нива и когато го правят, те или поглъщат фотон, или излъчват фотон. Какъв е размерът на протона и какъв е той?
Основният градивен елемент на видимата Вселена
Протонът е основният градивен елемент на видимата вселена, но много от неговите свойства, като радиуса на заряда и аномалния магнитен момент, не са добре разбрани. Какво е протон? Това е субатомна частица с положителен електрически заряд. Доскоро протонът се смяташе за най-малката частица. Въпреки това, благодарение на новите технологии стана известен фактът, че протоните включват още по-малки елементи, частици, наречени кварки, истинските фундаментални частици на материята. Протон може да се образува в резултат на нестабилен неутрон.
Зареждане
Какъв електрически заряд има протонът? Тойима заряд от +1 елементарен заряд, който се обозначава с буквата "е" и е открит през 1874 г. от Джордж Стоуни. Докато протонът има положителен заряд (или 1e), електронът има отрицателен заряд (-1 или -e), а неутронът изобщо няма заряд и може да бъде обозначен като 0e. 1 елементарен заряд е равен на 1,602 × 10 -19 кулона. Кулонът е вид единица за електрически заряд и е еквивалент на един ампер, който се транспортира постоянно в секунда.
Какво е протон?
Всичко, което можете да докоснете и почувствате, е направено от атоми. Размерът на тези малки частици в центъра на атома е много малък. Въпреки че съставляват по-голямата част от теглото на един атом, те все още са много малки. Всъщност, ако един атом беше с размерите на футболно игрище, всеки негов протон би бил само с размерите на мравка. Протоните не трябва да се ограничават до ядрата на атомите. Когато протоните са извън атомните ядра, те придобиват завладяващи, странни и потенциално опасни свойства, подобни на тези на неутроните при подобни обстоятелства.
Но протоните имат допълнително свойство. Тъй като те носят електрически заряд, те могат да бъдат ускорени от електрически или магнитни полета. Високоскоростните протони и съдържащите ги атомни ядра се отделят в големи количества по време на слънчевите изригвания. Частиците се ускоряват от магнитното поле на Земята, причинявайки йоносферни смущения, известни като геомагнитни бури.
Брой протони, размер и маса
Броят на протоните прави всеки атом уникален. Например кислородът има осем от тях, водородът има само един, а златото има цели 79. Това число е подобно на идентичността на елемента. Можете да научите много за един атом, само като знаете броя на неговите протони. Тази субатомна частица, намираща се в ядрото на всеки атом, има положителен електрически заряд, равен и противоположен на електрона на елемента. Ако беше изолиран, той щеше да има маса от само около 1,673-27 kg, малко по-малко от масата на неутрон.
Броят на протоните в ядрото на елемент се нарича атомно число. Това число дава на всеки елемент неговата уникална идентичност. В атомите на всеки конкретен елемент броят на протоните в ядрата винаги е един и същ. Прост водороден атом има ядро, което се състои само от 1 протон. Ядрата на всички други елементи почти винаги съдържат неутрони в допълнение към протоните.
Колко голям е протонът?
Никой не знае със сигурност и това е проблемът. Експериментите използват модифицирани водородни атоми, за да получат размера на протона. Това е субатомна мистерия с големи последици. Шест години след като физиците обявиха, че измерването на размера на протона е твърде малко, учените все още не са сигурни за истинския размер. С появата на повече данни мистерията се задълбочава.
Протоните са частици вътре в ядрото на атомите. В продължение на много години радиусът на протона изглежда е фиксиран на около 0,877 фемтометра. Но през 2010 г. Рандолф Пол от Institute of Quantumоптика им. Макс Планк в Гархинг, Германия, получи тревожен отговор, използвайки нова техника за измерване.
Екипът промени състава на един протон, един електрон на водороден атом, като превключи електрон към по-тежка частица, наречена мюон. След това те заменят този променен атом с лазер. Измерването на получената промяна в техните енергийни нива им позволява да изчислят размера на неговото протонно ядро. За тяхна изненада той излезе с 4% по-малко от традиционната стойност, измерена с други средства. Експериментът на Рандолф също приложи новата техника към деутерий - изотоп на водорода, който има един протон и един неутрон, общо известни като деутерон - в ядрото си. Отне обаче много време, за да се изчисли точно размера на дейтрона.
Нови експерименти
Нови данни показват, че проблемът с протонния радиус продължава. Още няколко експеримента в лабораторията на Рандолф Пол и други вече са в ход. Някои използват същата мюонна техника за измерване на размера на по-тежките атомни ядра като хелия. Други едновременно измерват разсейването на мюони и електрони. Пол подозира, че виновникът може да не е самият протон, а неправилно измерване на константата на Ридберг, число, което описва дължините на вълната на светлината, излъчвана от възбуден атом. Но тази константа е добре позната чрез други прецизни експерименти.
Друго обяснение предлага нови частици, които причиняват неочаквани взаимодействия между протон и мюон, без да променят връзката му с електрона. Това може да означава, че пъзелът ни отвежда отвъд стандартния модел на физиката.частици. „Ако в някакъв момент в бъдеще някой открие нещо извън стандартния модел, това ще бъде това“, казва Пол, с първо малко несъответствие, след това още едно и друго, като бавно създава по-монументална промяна. Какъв е истинският размер на протона? Нови резултати предизвикват основната теория на физиката.
Чрез изчисляване на влиянието на радиуса на протона върху траекторията на полета, изследователите успяха да оценят радиуса на протонната частица, който възлиза на 0,84184 фемтометра. Преди това този индикатор беше около 0,8768 до 0,897 фемтометра. Когато се вземат предвид такива малки количества, винаги има място за грешка. Въпреки това, след 12 години усърдни усилия, членовете на екипа са уверени в точността на своите измервания. Теорията може да се нуждае от някои промени, но какъвто и да е отговорът, физиците ще се почесват от тази трудна задача още дълго време.
