Kodols sastāv no protoniem, neitroniem. Bora modelī elektroni pārvietojas ap kodolu pa apļveida orbītām, piemēram, Zeme riņķo ap Sauli. Elektroni var pārvietoties starp šiem līmeņiem, un, kad tie notiek, tie vai nu absorbē fotonu, vai izstaro fotonu. Kāds ir protona izmērs un kāds tas ir?
Redzamā Visuma galvenais celtniecības bloks
Protons ir redzamā Visuma pamatelements, taču daudzas tā īpašības, piemēram, lādiņa rādiuss un anomālais magnētiskais moments, nav labi saprotamas. Kas ir protons? Tā ir subatomiska daļiņa ar pozitīvu elektrisko lādiņu. Vēl nesen protonu uzskatīja par mazāko daļiņu. Tomēr, pateicoties jaunajām tehnoloģijām, ir kļuvis zināms fakts, ka protoni ietver vēl mazākus elementus, daļiņas, ko sauc par kvarkiem, patiesām matērijas pamatdaļiņām. Protons var veidoties nestabila neitrona rezultātā.
Maksa
Kāds elektriskais lādiņš ir protonam? Viņšir lādiņš +1 elementārais lādiņš, ko apzīmē ar burtu "e" un 1874. gadā atklāja Džordžs Stounijs. Kamēr protonam ir pozitīvs lādiņš (vai 1e), elektronam ir negatīvs lādiņš (-1 vai -e), un neitronam vispār nav lādiņa, un to var apzīmēt ar 0e. 1 elementārais lādiņš ir vienāds ar 1,602 × 10 -19 kuloniem. Kulons ir elektriskā lādiņa mērvienības veids, un tas ir līdzvērtīgs vienam ampēram, kas tiek vienmērīgi transportēts sekundē.
Kas ir protons?
Viss, ko var pieskarties un sajust, ir veidots no atomiem. Šo sīko daļiņu izmērs atoma centrā ir ļoti mazs. Lai gan tie veido lielāko daļu atoma svara, tie joprojām ir ļoti mazi. Patiesībā, ja atoms būtu futbola laukuma lielumā, katrs tā protons būtu tikai skudras lielumā. Protoniem nevajadzētu aprobežoties tikai ar atomu kodoliem. Kad protoni atrodas ārpus atomu kodoliem, tie iegūst aizraujošas, dīvainas un potenciāli bīstamas īpašības, kas ir līdzīgas neitronu īpašībām līdzīgos apstākļos.
Bet protoniem ir papildu īpašība. Tā kā tiem ir elektriskais lādiņš, tos var paātrināt elektriskie vai magnētiskie lauki. Liela ātruma protoni un tos saturošie atomu kodoli Saules uzliesmojumu laikā izdalās lielos daudzumos. Daļiņas paātrina Zemes magnētiskais lauks, izraisot jonosfēras traucējumus, kas pazīstami kā ģeomagnētiskās vētras.
Protonu skaits, izmērs un masa
Protonu skaits padara katru atomu unikālu. Piemēram, skābeklim ir astoņi no tiem, ūdeņradim ir tikai viens, un zeltam ir pat 79. Šis skaitlis ir līdzīgs elementa identitātei. Jūs varat daudz uzzināt par atomu, zinot tā protonu skaitu. Šai subatomiskajai daļiņai, kas atrodas katra atoma kodolā, ir pozitīvs elektriskais lādiņš, kas ir vienāds un pretējs elementa elektronam. Ja tas būtu izolēts, tā masa būtu tikai aptuveni 1,673-27 kg, kas ir nedaudz mazāka par neitrona masu.
Protonu skaitu elementa kodolā sauc par atomskaitli. Šis skaitlis katram elementam piešķir unikālo identitāti. Jebkura konkrēta elementa atomos protonu skaits kodolos vienmēr ir vienāds. Vienkāršam ūdeņraža atomam ir kodols, kas sastāv tikai no 1 protona. Visu pārējo elementu kodolos gandrīz vienmēr papildus protoniem ir arī neitroni.
Cik liels ir protons?
Neviens to precīzi nezina, un tā ir problēma. Eksperimentos tika izmantoti modificēti ūdeņraža atomi, lai iegūtu protona izmēru. Tas ir subatomisks noslēpums ar lielām sekām. Sešus gadus pēc tam, kad fiziķi paziņoja, ka protona izmēra mērījums ir pārāk mazs, zinātnieki joprojām nav pārliecināti par patieso izmēru. Parādoties vairāk datu, noslēpums kļūst arvien dziļāks.
Protoni ir daļiņas atomu kodolā. Daudzus gadus šķita, ka protona rādiuss ir fiksēts aptuveni 0,877 femtometros. Bet 2010. gadā Rendolfs Pols no Kvantu institūtaoptika viņiem. Makss Planks Garčingā, Vācijā, saņēma satraucošu atbildi, izmantojot jaunu mērīšanas metodi.
Komanda mainīja vienu ūdeņraža atoma protonu, viena elektrona sastāvu, pārslēdzot elektronu uz smagāku daļiņu, ko sauc par mionu. Pēc tam viņi aizstāja šo izmainīto atomu ar lāzeru. Izmērot iegūtās enerģijas līmeņa izmaiņas, viņi varēja aprēķināt tā protonu kodola lielumu. Viņiem par pārsteigumu tas bija par 4% mazāks nekā tradicionālā vērtība, ko mēra ar citiem līdzekļiem. Rendolfa eksperiments jauno paņēmienu izmantoja arī deitērijam - ūdeņraža izotopam, kura kodolā ir viens protons un viens neitrons, ko kopīgi sauc par deuteronu. Tomēr bija nepieciešams ilgs laiks, lai precīzi aprēķinātu deuterona izmēru.
Jauni eksperimenti
Jauni dati liecina, ka joprojām pastāv problēma ar protonu rādiusu. Jau notiek vēl daži eksperimenti Rendolfa Pola un citu laboratorijā. Daži izmanto to pašu mionu tehniku, lai izmērītu smagāku atomu kodolu, piemēram, hēlija, izmēru. Citi vienlaikus mēra mionu un elektronu izkliedi. Polam ir aizdomas, ka vaininieks varētu būt nevis pats protons, bet gan nepareizs Ridberga konstantes mērījums – skaitlis, kas raksturo ierosinātā atoma izstarotās gaismas viļņu garumus. Taču šī konstante ir labi zināma citos precīzos eksperimentos.
Cits skaidrojums piedāvā jaunas daļiņas, kas izraisa negaidītu mijiedarbību starp protonu un mionu, nemainot tā saikni ar elektronu. Tas varētu nozīmēt, ka mīkla mūs aizved ārpus standarta fizikas modeļa.daļiņas. "Ja kādreiz nākotnē kāds atklās kaut ko ārpus standarta modeļa, tas tā būs," saka Pols ar pirmo nelielu neatbilstību, tad vēl un vēl vienu, lēnām radot monumentālāku nobīdi. Kāds ir patiesais protona izmērs? Jauni rezultāti izaicina pamatā esošo fizikas teoriju.
Aprēķinot protonu rādiusa ietekmi uz lidojuma trajektoriju, pētnieki varēja novērtēt protonu daļiņas rādiusu, kas sasniedza 0,84184 femtometrus. Iepriekš šis rādītājs bija aptuveni no 0,8768 līdz 0,897 femtometriem. Apsverot tik niecīgus daudzumus, vienmēr ir iespēja kļūdīties. Tomēr pēc 12 gadu rūpīgām pūlēm komandas locekļi ir pārliecināti par savu mērījumu precizitāti. Teorija var būt nedaudz jāpielāgo, taču, lai kāda būtu atbilde, fiziķi vēl ilgi krasīs galvu pie šī biedējošā uzdevuma.
