Branduolys susideda iš protonų, neutronų. Bohro modelyje elektronai juda aplink branduolį žiedinėmis orbitomis, kaip Žemė sukasi aplink Saulę. Elektronai gali judėti tarp šių lygių, o kai tai daro, jie arba sugeria fotoną, arba išspinduliuoja fotoną. Koks yra protono dydis ir koks jis yra?
Pagrindinis matomos Visatos statybinis blokas
Protonas yra pagrindinė matomos visatos statybinė medžiaga, tačiau daugelis jo savybių, pvz., įkrovos spindulys ir neįprastas magnetinis momentas, nėra gerai suprantamos. Kas yra protonas? Tai subatominė dalelė, turinti teigiamą elektros krūvį. Dar visai neseniai protonas buvo laikomas mažiausia dalele. Tačiau naujų technologijų dėka tapo žinoma, kad protonai apima dar mažesnius elementus, daleles, vadinamas kvarkais, tikrosiomis pagrindinėmis materijos dalelėmis. Protonas gali susidaryti dėl nestabilaus neutrono.
Apmokestinti
Kokį elektros krūvį turi protonas? Jisturi +1 elementaraus krūvio krūvį, kuris žymimas raide „e“ir kurį 1874 m. atrado George'as Stoney. Nors protonas turi teigiamą krūvį (arba 1e), elektronas turi neigiamą krūvį (-1 arba -e), o neutronas neturi jokio krūvio ir gali būti pažymėtas 0e. 1 elementarus krūvis yra lygus 1,602 × 10 -19 kulonų. Kulonas yra elektros krūvio vieneto tipas, atitinkantis vieną amperą, kuris tolygiai perduodamas per sekundę.
Kas yra protonas?
Viskas, ką galite liesti ir jausti, yra sudaryta iš atomų. Šių mažų dalelių dydis atomo centre yra labai mažas. Nors jie sudaro didžiąją atomo svorio dalį, jie vis tiek yra labai maži. Tiesą sakant, jei atomas būtų futbolo aikštės dydžio, kiekvienas jo protonas būtų tik skruzdėlės dydžio. Protonai neturėtų apsiriboti tik atomų branduoliais. Kai protonai yra už atomo branduolių ribų, jie įgauna patrauklių, keistų ir potencialiai pavojingų savybių, panašių į neutronų savybes panašiomis aplinkybėmis.
Tačiau protonai turi papildomą savybę. Kadangi jie turi elektros krūvį, juos gali pagreitinti elektriniai arba magnetiniai laukai. Saulės žybsnių metu dideliais kiekiais išsiskiria greitieji protonai ir juos turintys atominiai branduoliai. Žemės magnetinis laukas pagreitina daleles ir sukelia jonosferos trikdžius, žinomus kaip geomagnetinės audros.
Protonų skaičius, dydis ir masė
Protonų skaičius daro kiekvieną atomą unikalų. Pavyzdžiui, deguonis jų turi aštuonis, vandenilis – tik vieną, o auksas – net 79. Šis skaičius panašus į elemento tapatybę. Galite daug sužinoti apie atomą tik žinodami jo protonų skaičių. Ši subatominė dalelė, esanti kiekvieno atomo branduolyje, turi teigiamą elektrinį krūvį, lygų ir priešingą elemento elektronui. Jei jis būtų izoliuotas, jo masė būtų tik apie 1,673-27 kg, šiek tiek mažesnė už neutrono masę.
Protonų skaičius elemento branduolyje vadinamas atominiu skaičiumi. Šis skaičius kiekvienam elementui suteikia unikalų tapatumą. Bet kurio konkretaus elemento atomuose protonų skaičius branduoliuose visada yra vienodas. Paprastas vandenilio atomas turi branduolį, kurį sudaro tik 1 protonas. Visų kitų elementų branduoliuose, be protonų, beveik visada yra neutronų.
Kokio dydžio yra protonas?
Niekas tiksliai nežino, ir tai yra problema. Eksperimentuose buvo naudojami modifikuoti vandenilio atomai, norint gauti protono dydį. Tai subatominė paslaptis, turinti didelių pasekmių. Praėjus šešeriems metams po to, kai fizikai paskelbė, kad protono dydis buvo per mažas, mokslininkai vis dar nėra tikri dėl tikrojo dydžio. Kai atsiranda daugiau duomenų, paslaptis gilėja.
Protonai yra dalelės atomų branduolyje. Daugelį metų atrodė, kad protono spindulys buvo fiksuotas maždaug 0,877 femtometro. Tačiau 2010 m. Randolphas Paulas iš Kvantinio institutooptika juos. Maxas Planckas Garchinge, Vokietijoje, gavo nerimą keliantį atsakymą, naudodamas naują matavimo metodą.
Komanda pakeitė vieną vandenilio atomo protoną, vieną elektrono sudėtį, pakeisdama elektroną į sunkesnę dalelę, vadinamą miuonu. Tada jie pakeitė šį pakeistą atomą lazeriu. Išmatavus gautus energijos lygio pokyčius, jie galėjo apskaičiuoti jo protono branduolio dydį. Jų nuostabai, ji išėjo 4% mažesnė nei tradicinė kitu būdu išmatuota vertė. Randolfo eksperimentas taip pat pritaikė naują techniką deuteriui – vandenilio izotopui, kurio branduolyje yra vienas protonas ir vienas neutronas, bendrai žinomas kaip deuteronas. Tačiau tiksliai apskaičiuoti deuterono dydį prireikė daug laiko.
Nauji eksperimentai
Nauji duomenys rodo, kad protonų spindulio problema išlieka. Dar keli eksperimentai Randolpho Paulo ir kitų laboratorijoje jau vyksta. Kai kurie naudoja tą pačią miuono techniką, norėdami išmatuoti sunkesnių atomų branduolių, tokių kaip helis, dydį. Kiti tuo pačiu metu matuoja miuonų ir elektronų sklaidą. Paulius įtaria, kad k altas gali būti ne pats protonas, o neteisingas Rydbergo konstantos – skaičiaus, apibūdinančio sužadinto atomo skleidžiamos šviesos bangos ilgius, matavimas. Tačiau ši konstanta gerai žinoma atliekant kitus tikslius eksperimentus.
Kitas paaiškinimas siūlo naujas daleles, kurios sukelia netikėtą protono ir miuono sąveiką nekeičiant jo ryšio su elektronu. Tai gali reikšti, kad galvosūkis peržengia standartinį fizikos modelį.dalelės. „Jei kada nors ateityje kas nors atras ką nors už standartinio modelio ribų, tai taip ir bus“, – sako Paulius su iš pradžių nedideliu neatitikimu, o paskui dar ir dar vienu, pamažu sukuriant monumentalesnį poslinkį. Koks yra tikrasis protono dydis? Nauji rezultatai meta iššūkį pagrindinei fizikos teorijai.
Apskaičiavę protono spindulio įtaką skrydžio trajektorijai, tyrėjai sugebėjo įvertinti protono dalelės spindulį, kuris sudarė 0,84184 femtometro. Anksčiau šis rodiklis buvo maždaug nuo 0,8768 iki 0,897 femtometro. Svarstant tokius mažus kiekius, visada galima padaryti klaidų. Tačiau po 12 metų kruopštaus darbo komandos nariai įsitikinę savo matavimų tikslumu. Teoriją gali prireikti šiek tiek pakoreguoti, bet kad ir koks būtų atsakymas, fizikai dar ilgai laužys galvą dėl šios bauginančios užduoties.
