Jádro se skládá z protonů, neutronů. V Bohrově modelu se elektrony pohybují kolem jádra po kruhových drahách, jako když Země obíhá kolem Slunce. Elektrony se mohou mezi těmito úrovněmi pohybovat, a když se tak stane, buď absorbují foton, nebo foton emitují. Jaká je velikost protonu a co to je?
Hlavní stavební kámen viditelného vesmíru
Proton je základním stavebním kamenem viditelného vesmíru, ale mnoho jeho vlastností, jako je poloměr jeho náboje a jeho anomální magnetický moment, nejsou dobře pochopeny. Co je to proton? Je to subatomární částice s kladným elektrickým nábojem. Donedávna byl proton považován za nejmenší částici. Díky novým technologiím však vešel ve známost fakt, že protony zahrnují ještě menší prvky, částice zvané kvarky, skutečné základní částice hmoty. V důsledku nestabilního neutronu může vzniknout proton.
Poplatek
Jaký elektrický náboj má proton? Onmá náboj +1 elementární náboj, který je označen písmenem „e“a byl objeven v roce 1874 Georgem Stoneym. Zatímco proton má kladný náboj (nebo 1e), elektron má záporný náboj (-1 nebo -e) a neutron nemá vůbec žádný náboj a lze jej označit 0e. 1 elementární náboj se rovná 1,602 × 10 -19 coulombů. Coulomb je typ jednotky elektrického náboje a je ekvivalentem jednoho ampéru, který je neustále přenášen za sekundu.
Co je proton?
Vše, čeho se můžete dotknout a co cítit, je vyrobeno z atomů. Velikost těchto drobných částic uvnitř středu atomu je velmi malá. Přestože tvoří většinu hmotnosti atomu, jsou stále velmi malé. Ve skutečnosti, pokud by atom měl velikost fotbalového hřiště, každý z jeho protonů by měl velikost pouze mravence. Protony by neměly být omezeny na jádra atomů. Když jsou protony mimo atomová jádra, získávají fascinující, bizarní a potenciálně nebezpečné vlastnosti podobné vlastnostem neutronů za podobných okolností.
Protony však mají další vlastnost. Protože nesou elektrický náboj, mohou být urychlovány elektrickými nebo magnetickými poli. Vysokorychlostní protony a atomová jádra, která je obsahují, se uvolňují ve velkém množství během slunečních erupcí. Částice jsou urychlovány magnetickým polem Země, což způsobuje ionosférické poruchy známé jako geomagnetické bouře.
Počet protonů, velikost a hmotnost
Počet protonů činí každý atom jedinečným. Například kyslík jich má osm, vodík pouze jeden a zlato dokonce 79. Toto číslo je podobné identitě prvku. O atomu se můžete hodně naučit jen tím, že znáte počet jeho protonů. Tato subatomární částice, která se nachází v jádru každého atomu, má kladný elektrický náboj stejný a opačný jako elektron prvku. Pokud by byl izolovaný, měl by hmotnost pouze asi 1,673-27 kg, o něco méně než hmotnost neutronu.
Počet protonů v jádře prvku se nazývá atomové číslo. Toto číslo dává každému prvku jeho jedinečnou identitu. V atomech jakéhokoli konkrétního prvku je počet protonů v jádrech vždy stejný. Jednoduchý atom vodíku má jádro, které se skládá pouze z 1 protonu. Jádra všech ostatních prvků téměř vždy obsahují kromě protonů neutrony.
Jak velký je proton?
Nikdo to neví jistě, a to je ten problém. Experimenty používaly modifikované atomy vodíku k získání velikosti protonu. Je to subatomární záhada s velkými důsledky. Šest let poté, co fyzici oznámili, že měření velikosti protonu bylo příliš malé, si vědci stále nejsou jisti skutečnou velikostí. Jak se objevují další údaje, záhada se prohlubuje.
Protony jsou částice uvnitř jádra atomů. Po mnoho let se zdálo, že poloměr protonu byl pevně stanoven na přibližně 0,877 femtometru. Ale v roce 2010 Randolph Paul z Institute of Quantumoptika je. Max Planck v německém Garchingu obdržel alarmující odpověď pomocí nové měřicí techniky.
Tým změnil složení jednoho protonu a jednoho elektronu atomu vodíku přepnutím elektronu na těžší částici zvanou mion. Tento pozměněný atom pak nahradili laserem. Měření výsledné změny jejich energetických hladin jim umožnilo vypočítat velikost jeho protonového jádra. K jejich překvapení to vyšlo o 4 % méně než tradiční hodnota naměřená jinými prostředky. Randolphův experiment také aplikoval novou techniku na deuterium - izotop vodíku, který má ve svém jádru jeden proton a jeden neutron, souhrnně známý jako deuteron. Přesný výpočet velikosti deuteronu však zabral dlouhou dobu.
Nové experimenty
Nová data ukazují, že problém s poloměrem protonu přetrvává. Několik dalších experimentů v laboratoři Randolpha Paula a dalších již probíhá. Někteří používají stejnou mionovou techniku k měření velikosti těžších atomových jader, jako je helium. Jiné současně měří rozptyl mionů a elektronů. Paul má podezření, že na vině nemusí být samotný proton, ale nesprávné měření Rydbergovy konstanty, tedy čísla, které popisuje vlnové délky světla emitovaného excitovaným atomem. Ale tato konstanta je dobře známá z jiných přesných experimentů.
Další vysvětlení navrhuje nové částice, které způsobují neočekávané interakce mezi protonem a mionem, aniž by se změnila jeho vazba s elektronem. To by mohlo znamenat, že nás puzzle zavede za standardní model fyziky.částice. „Pokud někdy v budoucnu někdo objeví něco, co přesahuje standardní model, bude to ono,“říká Paul s první malou nesrovnalostí, pak další a další, pomalu vytvářející monumentálnější posun. Jaká je skutečná velikost protonu? Nové výsledky zpochybňují základní teorii fyziky.
Výpočtem vlivu poloměru protonu na dráhu letu byli vědci schopni odhadnout poloměr protonové částice, který činil 0,84184 femtometrů. Dříve se tento ukazatel pohyboval kolem 0,8768 až 0,897 femtometrů. Při zvažování tak malých množství je vždy prostor pro chyby. Po 12 letech usilovného úsilí jsou však členové týmu přesvědčeni o přesnosti svých měření. Teorie možná bude potřebovat nějaké úpravy, ale ať už bude odpověď jakákoliv, fyzici se budou nad tímto skličujícím úkolem drbat na hlavě ještě dlouho.
