Ядро протондардан, нейтрондардан тұрады. Бор моделінде электрондар ядроның айналасында Жердің Күнді айналуы сияқты дөңгелек орбиталарда қозғалады. Электрондар осы деңгейлер арасында қозғала алады және олар қозғалғанда фотонды жұтады немесе фотонды шығарады. Протонның өлшемі қандай және ол қандай?
Көрінетін Әлемнің негізгі құрылыс блогы
Протон көрінетін ғаламның негізгі құрылыс материалы болып табылады, бірақ оның заряд радиусы және оның аномальды магниттік моменті сияқты көптеген қасиеттері жақсы түсінілмеген. Протон дегеніміз не? Бұл оң электр заряды бар субатомдық бөлшек. Соңғы уақытқа дейін протон ең кішкентай бөлшек болып саналды. Дегенмен, жаңа технологиялардың арқасында протондарға одан да кішірек элементтер, кварктар деп аталатын бөлшектер, заттың шынайы іргелі бөлшектері кіретіні белгілі болды. Тұрақсыз нейтрон нәтижесінде протон түзілуі мүмкін.
Зарядтау
Протонның қандай электр заряды бар? Ол+1 элементар заряды бар, оны «е» әрпімен белгілейді және оны 1874 жылы Джордж Стоуни ашқан. Протонның заряды оң (немесе 1е) болса, электронның теріс заряды (-1 немесе -е), ал нейтронның заряды мүлдем жоқ және оны 0e деп белгілеуге болады. 1 элементар заряд 1,602 × 10 -19 кулонға тең. Кулон – электр зарядының бірлігінің түрі және секундына тұрақты тасымалданатын бір ампердің эквиваленті.
Протон дегеніміз не?
Сіз ұстауға және сезінуге болатын барлық нәрсе атомдардан тұрады. Атомның центріндегі бұл ұсақ бөлшектердің мөлшері өте кішкентай. Олар атом салмағының көп бөлігін құраса да, олар әлі де өте кішкентай. Шындығында, атом футбол алаңындай болса, оның әрбір протоны құмырсқаның көлеміндей ғана болар еді. Протондар тек атом ядроларымен шектелмеуі керек. Протондар атом ядроларының сыртында болғанда, олар ұқсас жағдайларда нейтрондарға ұқсас қызықты, оғаш және ықтимал қауіпті қасиеттерге ие болады.
Бірақ протондардың қосымша қасиеті бар. Олар электр зарядын тасымалдайтындықтан, олар электр немесе магнит өрістерінің әсерінен жеделдетілуі мүмкін. Жылдамдығы жоғары протондар және олардан тұратын атом ядролары күннің жарылуы кезінде көп мөлшерде бөлінеді. Бөлшектер Жердің магнит өрісінің әсерінен жеделдетіліп, геомагниттік дауылдар деп аталатын ионосфералық бұзылыстарды тудырады.
Протондар саны, өлшемі және массасы
Протондар саны әрбір атомды бірегей етеді. Мысалы, оттегіде олардың сегізі, сутегіде тек біреуі, алтында 79-ға дейін бар. Бұл сан элементтің сәйкестігіне ұқсас. Атом туралы оның протондарының санын білу арқылы көп нәрсені білуге болады. Әрбір атомның ядросында кездесетін бұл субатомдық бөлшектің оң электр заряды элемент электронына тең және оған қарама-қарсы. Егер ол оқшауланған болса, оның массасы шамамен 1,673-27 кг, нейтронның массасынан сәл аз болар еді.
Элемент ядросындағы протондар саны атомдық нөмір деп аталады. Бұл сан әрбір элементтің бірегей сәйкестігін береді. Кез келген белгілі бір элемент атомдарында ядролардағы протондар саны әрқашан бірдей болады. Қарапайым сутегі атомының ядросы бар, ол тек 1 протоннан тұрады. Барлық басқа элементтердің ядроларында протондардан басқа нейтрондар бар.
Протон қаншалықты үлкен?
Ешкім анық білмейді, мәселе де осы. Тәжірибелер протонның өлшемін алу үшін өзгертілген сутегі атомдарын пайдаланды. Бұл үлкен салдары бар субатомиялық жұмбақ. Физиктер протонның өлшемін өлшеу тым кішкентай деп жариялағаннан кейін алты жыл өткен соң, ғалымдар әлі күнге дейін шынайы өлшемге сенімді емес. Көбірек деректер пайда болған сайын, құпия тереңдей түседі.
Протондар - атомдар ядросының ішіндегі бөлшектер. Көптеген жылдар бойы протонның радиусы шамамен 0,877 фемтометрде бекітілген сияқты болды. Бірақ 2010 жылы Кванттық институттан Рэндольф Пололарды оптика. Германияның Гарчинг қаласындағы Макс Планк жаңа өлшеу әдісін қолданып үрейлі жауап алды.
Команда электронды мюон деп аталатын ауырырақ бөлшекке ауыстыру арқылы сутегі атомының бір протонын, бір электрон құрамын өзгертті. Содан кейін олар бұл өзгертілген атомды лазермен ауыстырды. Олардың энергия деңгейлерінің нәтижесіндегі өзгерісті өлшеу олардың протон ядросының өлшемін есептеуге мүмкіндік берді. Олардың таң қалдырғаны, бұл басқа әдістермен өлшенген дәстүрлі мәннен 4% төмен болды. Рэндольф тәжірибесі жаңа әдісті дейтерийге – ядросында бір протон мен бір нейтронға ие, жалпы түрде дейтерон деп аталатын сутегі изотопына қолданды. Дегенмен, дейтеронның өлшемін дәл есептеу үшін көп уақыт қажет болды.
Жаңа эксперименттер
Жаңа деректер протон радиусы мәселесінің сақталып тұрғанын көрсетеді. Рандольф Пол және басқалардың зертханасында тағы бірнеше эксперименттер қазірдің өзінде жүріп жатыр. Кейбіреулер гелий сияқты ауыр атомдық ядролардың өлшемін өлшеу үшін бірдей мюон әдісін пайдаланады. Басқалары бір уақытта мюондар мен электрондардың шашырауын өлшейді. Павел кінәлі протонның өзі емес, Ридберг тұрақтысының қате өлшенуі болуы мүмкін деп күдіктенеді, бұл қозған атом шығаратын жарықтың толқын ұзындығын сипаттайтын сан. Бірақ бұл тұрақты басқа дәлдік тәжірибелері арқылы жақсы белгілі.
Тағы бір түсініктеме протон мен мюонның электронмен байланысын өзгертпестен күтпеген әсерлесуді тудыратын жаңа бөлшектерді ұсынады. Бұл басқатырғыштар бізді физиканың стандартты үлгісінен тысқары жерге апаратынын білдіруі мүмкін.бөлшектер. «Егер болашақта біреу стандартты үлгіден тыс нәрсені ашса, ол солай болады», - дейді Павел, алдымен кішігірім сәйкессіздікпен, содан кейін басқа және екіншісі, баяу монументалды жылжу жасайды. Протонның нақты мөлшері қандай? Жаңа нәтижелер физиканың негізгі теориясына қарсы шықты.
Протон радиусының ұшу жолына әсерін есептей отырып, зерттеушілер протон бөлшектерінің радиусын бағалай алды, ол 0,84184 фемтометрді құрады. Бұрын бұл көрсеткіш шамамен 0,8768-ден 0,897 фемтометрге дейін болды. Мұндай аз мөлшерлерді қарастырғанда, қатеге әрқашан орын бар. Дегенмен, 12 жыл тынымсыз еңбектен кейін команда мүшелері өз өлшемдерінің дәлдігіне сенімді. Теорияға кейбір түзетулер қажет болуы мүмкін, бірақ қандай жауап болса да, физиктер ұзақ уақыт бойы бұл қиын тапсырманы орындауда бастарын тырнап алады.
