Nucleul este format din protoni, neutroni. În modelul lui Bohr, electronii se mișcă în jurul nucleului pe orbite circulare, precum Pământul care se învârte în jurul Soarelui. Electronii se pot deplasa între aceste niveluri și, atunci când o fac, fie absorb un foton, fie emit un foton. Care este dimensiunea unui proton și ce este acesta?
Blocul principal al Universului vizibil
Protonul este elementul de bază al universului vizibil, dar multe dintre proprietățile sale, cum ar fi raza de încărcare și momentul magnetic anormal, nu sunt bine înțelese. Ce este un proton? Este o particulă subatomică cu sarcină electrică pozitivă. Până de curând, protonul era considerat cea mai mică particulă. Cu toate acestea, datorită noilor tehnologii, a devenit cunoscut faptul că protonii includ elemente și mai mici, particule numite quarci, adevăratele particule fundamentale ale materiei. Un proton se poate forma ca rezultat al unui neutron instabil.
Taxă
Ce sarcină electrică are un proton? Elare o sarcină de +1 încărcătură elementară, care este notă cu litera „e” și a fost descoperită în 1874 de George Stoney. În timp ce protonul are o sarcină pozitivă (sau 1e), electronul are o sarcină negativă (-1 sau -e), iar neutronul nu are nicio sarcină și poate fi notat 0e. 1 sarcină elementară este egală cu 1,602 × 10 -19 coulombi. Un coulomb este un tip de unitate de sarcină electrică și este echivalentul unui amper care este transportat constant pe secundă.
Ce este un proton?
Tot ce poți atinge și simți este făcut din atomi. Dimensiunea acestor particule minuscule din centrul unui atom este foarte mică. Deși reprezintă cea mai mare parte a greutății unui atom, sunt totuși foarte mici. De fapt, dacă un atom ar avea dimensiunea unui teren de fotbal, fiecare dintre protonii săi ar avea doar dimensiunea unei furnici. Protonii nu ar trebui să se limiteze la nucleele atomilor. Când protonii se află în afara nucleelor atomice, aceștia capătă proprietăți fascinante, bizare și potențial periculoase, similare cu cele ale neutronilor în circumstanțe similare.
Dar protonii au o proprietate suplimentară. Deoarece poartă o sarcină electrică, ele pot fi accelerate de câmpuri electrice sau magnetice. Protonii de mare viteză și nucleele atomice care îi conțin sunt eliberați în cantități mari în timpul erupțiilor solare. Particulele sunt accelerate de câmpul magnetic al Pământului, provocând perturbări ionosferice cunoscute sub numele de furtuni geomagnetice.
Numărul de protoni, dimensiunea și masa
Numărul de protoni face ca fiecare atom să fie unic. De exemplu, oxigenul are opt dintre ele, hidrogenul are doar unul, iar aurul are până la 79. Acest număr este similar cu identitatea elementului. Puteți învăța multe despre un atom doar cunoscând numărul de protoni ai acestuia. Această particulă subatomică, găsită în nucleul fiecărui atom, are o sarcină electrică pozitivă egală și opusă electronului elementului. Dacă ar fi izolat, ar avea o masă de numai aproximativ 1,673-27 kg, puțin mai mică decât masa unui neutron.
Numărul de protoni din nucleul unui element se numește număr atomic. Acest număr conferă fiecărui element identitatea sa unică. În atomii oricărui element anume, numărul de protoni din nuclee este întotdeauna același. Un atom de hidrogen simplu are un nucleu, care este format din doar 1 proton. Nucleele tuturor celorl alte elemente conțin aproape întotdeauna neutroni în plus față de protoni.
Cât de mare este un proton?
Nimeni nu știe sigur și asta este problema. Experimentele au folosit atomi de hidrogen modificați pentru a obține dimensiunea protonului. Este un mister subatomic cu implicații mari. La șase ani după ce fizicienii au anunțat că măsurarea dimensiunii protonului este prea mică, oamenii de știință sunt încă nesiguri cu privire la dimensiunea reală. Pe măsură ce apar mai multe date, misterul se adâncește.
Protonii sunt particule din nucleul atomilor. Timp de mulți ani, raza protonului părea să fie fixată la aproximativ 0,877 femtometre. Dar în 2010, Randolph Paul de la Institutul de Quantumoptica lor. Max Planck din Garching, Germania, a primit un răspuns alarmant folosind o nouă tehnică de măsurare.
Echipa a schimbat compoziția unui proton și a unui electron a unui atom de hidrogen prin comutarea unui electron într-o particulă mai grea numită muon. Apoi au înlocuit acest atom alterat cu un laser. Măsurând modificarea rezultată a nivelurilor lor de energie le-a permis să calculeze dimensiunea nucleului său de proton. Spre surprinderea lor, a ieșit cu 4% mai puțin decât valoarea tradițională măsurată prin alte mijloace. Experimentul lui Randolph a aplicat, de asemenea, noua tehnică la deuteriu - un izotop de hidrogen care are un proton și un neutron, cunoscute în mod colectiv sub numele de deuteron - în nucleu. Cu toate acestea, a durat mult timp pentru a calcula cu precizie dimensiunea deuteronului.
Experimente noi
Noile date arată că problema cu raza protonului persistă. Încă câteva experimente în laboratorul lui Randolph Paul și al altora sunt deja în desfășurare. Unii folosesc aceeași tehnică cu muoni pentru a măsura dimensiunea nucleelor atomice mai grele, cum ar fi heliul. Alții măsoară simultan împrăștierea muonilor și a electronilor. Paul suspectează că vinovatul poate nu este protonul în sine, ci o măsurare incorectă a constantei Rydberg, un număr care descrie lungimile de undă ale luminii emise de un atom excitat. Dar această constantă este bine cunoscută prin alte experimente de precizie.
O altă explicație propune noi particule care provoacă interacțiuni neașteptate între un proton și un muon fără a-și schimba legătura cu electronul. Acest lucru ar putea însemna că puzzle-ul ne duce dincolo de modelul standard al fizicii.particule. „Dacă la un moment dat în viitor cineva descoperă ceva dincolo de modelul standard, asta va fi”, spune Paul, cu o prima mică discrepanță, apoi alta și alta, creând încet o schimbare mai monumentală. Care este dimensiunea adevărată a unui proton? Rezultate noi contestă teoria fizicii de bază.
Calculând influența razei protonilor asupra traiectoriei de zbor, cercetătorii au reușit să estimeze raza particulei de proton, care s-a ridicat la 0,84184 femtometre. Anterior, acest indicator era în jur de 0,8768 până la 0,897 femtometre. Când luăm în considerare cantități atât de mici, există întotdeauna loc de eroare. Cu toate acestea, după 12 ani de efort minuțios, membrii echipei sunt încrezători în acuratețea măsurătorilor lor. Teoria poate avea nevoie de unele ajustări, dar oricare ar fi răspunsul, fizicienii se vor zgâri din cap la această sarcină descurajantă pentru o lungă perioadă de timp de acum încolo.
