Ydin koostuu protoneista, neutroneista. Bohrin mallissa elektronit liikkuvat ytimen ympäri pyöreällä kiertoradalla, kuten Maa kiertää Auringon. Elektronit voivat liikkua näiden tasojen välillä, ja kun ne liikkuvat, ne joko absorboivat fotonin tai emittoivat fotonin. Mikä on protonin koko ja mikä se on?
Näkyvän maailmankaikkeuden päärakennuspalikka
Protoni on näkyvän maailmankaikkeuden perusrakennuspalikka, mutta monia sen ominaisuuksia, kuten sen varaussädettä ja sen poikkeavaa magneettista momenttia, ei ymmärretä hyvin. Mikä on protoni? Se on subatominen hiukkanen, jolla on positiivinen sähkövaraus. Viime aikoihin asti protonia pidettiin pienimpänä hiukkasena. Uusien teknologioiden ansiosta on kuitenkin tullut tiedoksi, että protonit sisältävät vielä pienempiä alkuaineita, kvarkeiksi kutsuttuja hiukkasia, aineen todellisia perushiukkasia. Protoni voi muodostua epävakaan neutronin seurauksena.
Lataa
Mikä sähkövaraus protonilla on? Hänsiinä on +1 alkuvaraus, joka on merkitty kirjaimella "e" ja jonka George Stoney löysi vuonna 1874. Kun protonilla on positiivinen varaus (tai 1e), elektronilla on negatiivinen varaus (-1 tai -e), ja neutronilla ei ole lainkaan varausta ja sitä voidaan merkitä 0e:llä. 1 perusvaraus on yhtä suuri kuin 1,602 × 10 -19 kulonia. Kuloni on eräänlainen sähkövarauksen yksikkö ja se vastaa yhtä ampeeria, joka kulkee tasaisesti sekunnissa.
Mikä on protoni?
Kaikki, mitä voit koskettaa ja tuntea, on tehty atomeista. Näiden pienten hiukkasten koko atomin keskustassa on hyvin pieni. Vaikka ne muodostavat suurimman osan atomin painosta, ne ovat silti hyvin pieniä. Itse asiassa, jos atomi olisi jalkapallokentän kokoinen, jokainen sen protoni olisi vain muurahaisen kokoinen. Protonien ei pitäisi rajoittua atomiytimiin. Kun protonit ovat atomiytimien ulkopuolella, ne saavat kiehtovia, outoja ja mahdollisesti vaarallisia ominaisuuksia, jotka ovat samank altaisia kuin neutroneilla vastaavissa olosuhteissa.
Mutta protoneilla on lisäominaisuus. Koska niissä on sähkövaraus, niitä voidaan kiihdyttää sähkö- tai magneettikentillä. Auringonpurkausten aikana vapautuu suuria määriä nopeita protoneja ja niitä sisältäviä atomiytimiä. Maan magneettikenttä kiihdyttää hiukkasia, mikä aiheuttaa ionosfäärin häiriöitä, joita kutsutaan geomagneettisiksi myrskyiksi.
Protonien lukumäärä, koko ja massa
Protonien lukumäärä tekee jokaisesta atomista ainutlaatuisen. Esimerkiksi hapessa niitä on kahdeksan, vedyssä vain yksi ja kullassa peräti 79. Tämä luku on samanlainen kuin alkuaineen identiteetti. Voit oppia paljon atomista vain tietämällä sen protonien lukumäärän. Tällä subatomisella hiukkasella, joka löytyy jokaisen atomin ytimestä, on positiivinen sähkövaraus, joka on yhtä suuri ja vastakkainen alkuaineen elektronin kanssa. Jos se olisi eristetty, sen massa olisi vain noin 1,673-27 kg, hieman vähemmän kuin neutronin massa.
Alkuaineen ytimessä olevien protonien lukumäärää kutsutaan atomiluvuksi. Tämä numero antaa jokaiselle elementille sen ainutlaatuisen identiteetin. Minkä tahansa tietyn alkuaineen atomeissa protonien lukumäärä ytimissä on aina sama. Yksinkertaisella vetyatomilla on ydin, joka koostuu vain yhdestä protonista. Kaikkien muiden alkuaineiden ytimet sisältävät lähes aina protonien lisäksi neutroneja.
Kuinka suuri protoni on?
Kukaan ei tiedä varmasti, ja se on ongelma. Kokeissa käytettiin modifioituja vetyatomeja protonin koon saamiseksi. Se on subatominen mysteeri, jolla on suuria seurauksia. Kuusi vuotta sen jälkeen, kun fyysikot ilmoittivat, että protonin koon mittaus oli liian pieni, tiedemiehet ovat edelleen epävarmoja todellisesta koosta. Mitä enemmän tietoa tulee esiin, mysteeri syvenee.
Protonit ovat atomiytimen sisällä olevia hiukkasia. Monien vuosien ajan protonin säde näytti olevan kiinteä noin 0,877 femtometriä. Mutta vuonna 2010 Randolph Paul kvanttiinstituutistaoptiikka niitä. Max Planck Garchingissa Saksassa sai hälyttävän vastauksen käyttämällä uutta mittaustekniikkaa.
Tiimi muutti vetyatomin yhden protonin, yhden elektronin koostumuksen vaihtamalla elektronin raskaampaan hiukkaseen, jota kutsutaan myoniksi. Sitten he korvasivat tämän muuttuneen atomin laserilla. Mittaamalla tuloksena tapahtuneen muutoksen heidän energiatasoissaan he pystyivät laskemaan protoniytimen koon. Heidän yllätyksensä se tuli 4 % vähemmän kuin perinteinen muulla tavalla mitattu arvo. Randolphin kokeessa uutta tekniikkaa sovellettiin myös deuteriumiin - vedyn isotooppiin, jonka ytimessä on yksi protoni ja yksi neutroni, joka tunnetaan yhteisnimellä deuteron. Deuteronin koon tarkka laskeminen kesti kuitenkin kauan.
Uudet kokeilut
Uudet tiedot osoittavat, että protonin sädeongelma jatkuu. Muutamia lisää kokeita Randolph Paulin ja muiden laboratoriossa on jo käynnissä. Jotkut käyttävät samaa myonitekniikkaa raskaampien atomiytimien, kuten heliumin, koon mittaamiseen. Toiset mittaavat samanaikaisesti myonien ja elektronien sirontaa. Paul epäilee, että syyllinen ei ehkä ole protoni itse, vaan Rydbergin vakion virheellinen mittaus, luku, joka kuvaa virittyneen atomin lähettämän valon aallonpituuksia. Mutta tämä vakio tunnetaan hyvin muiden tarkkuuskokeiden kautta.
Toinen selitys ehdottaa uusia hiukkasia, jotka aiheuttavat odottamattomia vuorovaikutuksia protonin ja myonin välillä muuttamatta sen sidosta elektronin kanssa. Tämä voi tarkoittaa, että palapeli vie meidät fysiikan vakiomallin pidemmälle.hiukkasia. "Jos jossain vaiheessa tulevaisuudessa joku löytää jotain standardimallin ulkopuolelta, se on siinä", Paul sanoo ensin pienellä erolla, sitten toisella ja toisella luoden hitaasti monumentaalisemman muutoksen. Mikä on protonin todellinen koko? Uudet tulokset haastavat taustalla olevan fysiikan teorian.
Laskemalla protonin säteen vaikutusta lentorataan tutkijat pystyivät arvioimaan protonihiukkasen säteen, joka oli 0,84184 femtometriä. Aiemmin tämä indikaattori oli noin 0,8768 - 0,897 femtometriä. Kun otetaan huomioon niin pieniä määriä, on aina tilaa virheille. 12 vuoden huolellisen työn jälkeen tiimin jäsenet ovat kuitenkin varmoja mittaustensa tarkkuudesta. Teoria saattaa vaatia hieman muokkausta, mutta oli vastaus mikä tahansa, fyysikot raaputtavat päätään tässä pelottavassa tehtävässä vielä pitkään.
