Jezgro se sastoji od protona, neutrona. U Borovom modelu, elektroni se kreću oko jezgra po kružnim orbitama, kao što se Zemlja okreće oko Sunca. Elektroni se mogu kretati između ovih nivoa, a kada to učine, oni ili apsorbuju foton ili emituju foton. Koja je veličina protona i kolika je to?
Glavni građevinski blok vidljivog univerzuma
Proton je osnovni gradivni blok vidljivog univerzuma, ali mnoga njegova svojstva, kao što su radijus naboja i njegov anomalni magnetni moment, nisu dobro shvaćena. Šta je proton? To je subatomska čestica s pozitivnim električnim nabojem. Do nedavno, proton se smatrao najmanjom česticom. Međutim, zahvaljujući novim tehnologijama, postala je poznata činjenica da protoni uključuju još manje elemente, čestice zvane kvarkovi, prave fundamentalne čestice materije. Proton se može formirati kao rezultat nestabilnog neutrona.
Charge
Koji električni naboj ima proton? Onima naboj od +1 elementarnog naboja, koji je označen slovom "e" i 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 elementarno punjenje je jednako 1,602 × 10 -19 kulona. Kulon je vrsta jedinice električnog naboja i ekvivalent je jednom amperu koji se stalno prenosi u sekundi.
Šta je proton?
Sve što možete dodirnuti i osjetiti napravljeno je od atoma. Veličina ovih sićušnih čestica unutar centra atoma je vrlo mala. Iako čine većinu težine atoma, ipak su vrlo male. U stvari, da je atom veličine fudbalskog terena, svaki njegov proton bi bio veličine samo mrava. Protoni ne bi trebali biti ograničeni na jezgra atoma. Kada su protoni izvan atomskih jezgara, oni 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 atomska jezgra koja ih sadrže oslobađaju se u velikim količinama tokom sunčevih baklji. Zemljino magnetsko polje ubrzava čestice, što uzrokuje poremećaje u jonosferi poznate kao geomagnetske oluje.
Broj protona, veličina i masa
Broj protona čini svaki atom jedinstvenim. Na primjer, kisik ih ima osam, vodonik samo jedan, a zlato čak 79. Ovaj broj je sličan identitetu elementa. Možete naučiti mnogo 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 izolovan, imao bi masu od samo oko 1.673-27 kg, nešto manje od mase neutrona.
Broj protona u jezgru elementa naziva se atomski broj. Ovaj broj daje svakom elementu njegov jedinstveni identitet. U atomima bilo kojeg određenog elementa, broj protona u jezgrima je uvijek isti. Jednostavan atom vodika ima jezgro koje se sastoji od samo 1 protona. Jezgra svih ostalih elemenata gotovo uvijek sadrže neutrone pored protona.
Koliko je velik proton?
Niko ne zna sa sigurnošću, i to je problem. Eksperimenti su koristili modificirane atome vodika da bi se dobila veličina protona. To je subatomska misterija sa velikim implikacijama. Šest godina nakon što su fizičari objavili da je mjerenje veličine protona premalo, naučnici još uvijek nisu sigurni u pravu veličinu. Kako se više podataka pojavljuje, misterija se produbljuje.
Protoni su čestice unutar jezgra atoma. Dugi niz godina činilo se da je radijus protona fiksiran na oko 0,877 femtometara. Ali 2010. godine, Randolph Paul sa Instituta of Quantumoptika im. Max Planck u Garchingu, Njemačka, dobio je alarmantan odgovor koristeći novu tehniku mjerenja.
Tim je promijenio sastav jednog protona, jednog elektrona atoma vodonika prebacivanjem elektrona na težu česticu zvanu mion. Zatim su ovaj izmijenjeni atom zamijenili laserom. Mjerenje rezultirajuće promjene nivoa njihove energije omogućilo im je da izračunaju veličinu njegovog protonskog jezgra. Na njihovo iznenađenje, ispalo je 4% manje od tradicionalne vrijednosti mjerene drugim sredstvima. Randolphov eksperiment je također primijenio novu tehniku na deuterijum - izotop vodika koji ima jedan proton i jedan neutron, zajednički poznati kao deuteron - u svom jezgru. Međutim, trebalo je dosta vremena da se precizno izračuna veličina deuterona.
Novi eksperimenti
Novi podaci pokazuju da problem radijusa protona i dalje postoji. Još nekoliko eksperimenata u laboratoriji Randolpha Paula i drugih već je u toku. Neki koriste istu mionsku tehniku za mjerenje veličine težih atomskih jezgri poput helijuma. Drugi istovremeno mjere rasipanje miona i elektrona. Paul sumnja da krivac možda nije sam proton, već pogrešno mjerenje Rydbergove konstante, broja koji opisuje talasne dužine svjetlosti koju emituje 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 neko otkrije nešto izvan standardnog modela, to će biti to“, kaže Paul, s prvim malim neskladom, zatim još jednim i još jednim, polako stvarajući monumentalniji pomak. Koja je prava veličina protona? Novi rezultati izazivaju temeljnu teoriju fizike.
Izračunavanjem uticaja poluprečnika protona na putanju leta, istraživači su uspeli da procene radijus protonske čestice, koji je iznosio 0,84184 femtometra. Ranije je ovaj indikator bio na oko 0,8768 do 0,897 femtometara. Kada se razmatraju tako male količine, uvijek postoji prostor za grešku. Međutim, nakon 12 godina mukotrpnog truda, članovi tima su sigurni u tačnost svojih mjerenja. Teoriju će možda trebati dotjerati, ali kakav god da je odgovor, fizičari će se još dugo češati po ovom zastrašujućem zadatku.
