Tuum koosneb prootonitest, neutronitest. Bohri mudelis liiguvad elektronid ümber tuuma ringikujulistel orbiitidel, nagu Maa tiirleb ümber Päikese. Elektronid võivad nende tasandite vahel liikuda ja kui nad seda teevad, siis nad kas neelavad footoni või kiirgavad footoni. Mis on prootoni suurus ja mis see on?
Nähtava universumi peamine ehitusplokk
Prooton on nähtava universumi põhiline ehitusplokk, kuid paljusid selle omadusi, nagu laenguraadius ja anomaalne magnetmoment, ei mõisteta hästi. Mis on prooton? See on subatomiline osake, millel on positiivne elektrilaeng. Kuni viimase ajani peeti prootonit väikseimaks osakeseks. Tänu uutele tehnoloogiatele on aga teatavaks saanud tõsiasi, et prootonite hulka kuuluvad veelgi väiksemad elemendid, osakesed, mida nimetatakse kvarkideks, aine tõelised põhiosakesed. Prooton võib tekkida ebastabiilse neutroni tulemusena.
Laadige
Milline elektrilaeng on prootonil? Taon laenguga +1 elementaarlaeng, mida tähistatakse tähega "e" ja mille avastas 1874. aastal George Stoney. Kui prootonil on positiivne laeng (või 1e), siis elektronil on negatiivne laeng (-1 või -e) ja neutronil puudub laeng ja seda saab tähistada 0e-ga. 1 elementaarlaeng võrdub 1,602 × 10 -19 kuloniga. Kulon on teatud tüüpi elektrilaengu ühik ja see võrdub ühe ampriga, mis liigub pidev alt sekundis.
Mis on prooton?
Kõik, mida saate puudutada ja tunda, on valmistatud aatomitest. Nende pisikeste osakeste suurus aatomi keskel on väga väike. Kuigi need moodustavad suurema osa aatomi massist, on nad siiski väga väikesed. Tegelikult, kui aatom oleks jalgpalliväljaku suurune, oleks iga selle prooton ainult sipelga suurune. Prootonid ei tohiks piirduda aatomite tuumadega. Kui prootonid asuvad väljaspool aatomituuma, omandavad nad põnevaid, veidraid ja potentsiaalselt ohtlikke omadusi, mis on sarnased neutronitega sarnastes tingimustes.
Kuid prootonitel on täiendav omadus. Kuna need kannavad elektrilaengut, võivad neid kiirendada elektri- või magnetväljad. Suure kiirusega prootoneid ja neid sisaldavaid aatomituumasid eraldub päikesepõletuste käigus suurtes kogustes. Osakesi kiirendab Maa magnetväli, mis põhjustab ionosfääri häireid, mida nimetatakse geomagnetilisteks tormidena.
Prootonite arv, suurus ja mass
Prootonite arv muudab iga aatomi ainulaadseks. Näiteks hapnikul on neid kaheksa, vesinikul ainult üks ja kullal koguni 79. See arv on sarnane elemendi identiteediga. Aatomi kohta saate palju teada, kui teate selle prootonite arvu. Sellel subatomilisel osakesel, mis leidub iga aatomi tuumas, on positiivne elektrilaeng, mis on võrdne elemendi elektroniga ja vastupidine. Kui see oleks isoleeritud, oleks selle mass vaid umbes 1,673-27 kg, mis on veidi väiksem kui neutroni mass.
Elemendi tuumas olevate prootonite arvu nimetatakse aatomnumbriks. See number annab igale elemendile ainulaadse identiteedi. Iga konkreetse elemendi aatomites on prootonite arv tuumades alati sama. Lihtsal vesinikuaatomil on tuum, mis koosneb ainult ühest prootonist. Kõigi teiste elementide tuumad sisaldavad peaaegu alati lisaks prootonitele ka neutroneid.
Kui suur on prooton?
Keegi ei tea kindl alt ja see on probleem. Katsetes kasutati prootoni suuruse saamiseks modifitseeritud vesinikuaatomeid. See on subatomiline mõistatus, millel on suured tagajärjed. Kuus aastat pärast seda, kui füüsikud teatasid, et prootoni suuruse mõõtmine on liiga väike, pole teadlased tegelikus suuruses endiselt kindlad. Mida rohkem andmeid ilmneb, seda mõistatus süveneb.
Prootonid on osakesed aatomituumas. Paljude aastate jooksul näis prootoni raadius olevat fikseeritud umbes 0,877 femtomeetri juures. Kuid 2010. aastal Randolph Paul kvantinstituudistoptika neid. Max Planck Saksamaal Garchingis sai uut mõõtmistehnikat kasutades murettekitava vastuse.
Meeskond muutis vesinikuaatomi ühe prootoni ja ühe elektroni koostist, vahetades elektroni raskema osakese vastu, mida nimetatakse müooniks. Seejärel asendasid nad selle muudetud aatomi laseriga. Nende energiataseme muutuste mõõtmine võimaldas neil arvutada selle prootoni tuuma suuruse. Nende üllatuseks tuli see traditsioonilisest muul viisil mõõdetud väärtusest 4% vähem. Randolphi katses rakendati uut tehnikat ka deuteeriumi – vesiniku isotoobi, mille tuumas on üks prooton ja üks neutron, ühiselt tuntud kui deuteron – puhul. Deuteroni suuruse täpseks arvutamiseks kulus aga kaua aega.
Uued katsed
Uued andmed näitavad, et prootoni raadiusega probleem püsib. Veel mõned katsed Randolph Pauli ja teiste laboris on juba käimas. Mõned kasutavad sama müontehnikat raskemate aatomituumade, nagu heelium, suuruse mõõtmiseks. Teised mõõdavad samaaegselt müüonide ja elektronide hajumist. Paul kahtlustab, et süüdlane ei pruugi olla prooton ise, vaid Rydbergi konstandi vale mõõtmine – arv, mis kirjeldab ergastatud aatomi poolt kiiratava valguse lainepikkusi. Kuid see konstant on teiste täppiskatsete kaudu hästi teada.
Teine seletus pakub uusi osakesi, mis põhjustavad prootoni ja müüoni vahel ootamatuid interaktsioone, muutmata selle sidet elektroniga. See võib tähendada, et mõistatus viib meid füüsika standardmudelist kaugemale.osakesed. "Kui keegi kunagi tulevikus avastab midagi standardmudelist kaugemale jäävat, siis see on nii," ütleb Paul esm alt väikese lahknevusega, seejärel teise ja teisega, luues aeglaselt monumentaalsema nihke. Mis on prootoni tegelik suurus? Uued tulemused seavad kahtluse alla füüsika aluseks oleva teooria.
Arvutades prootoni raadiuse mõju lennutrajektoorile, suutsid teadlased hinnata prootoniosakese raadiust, mis oli 0,84184 femtomeetrit. Varem oli see näitaja umbes 0,8768–0,897 femtomeetrit. Nii pisikesi koguseid arvesse võttes on alati ruumi eksimiseks. Kuid pärast 12 aastat vaevarikast pingutust on meeskonnaliikmed oma mõõtmiste täpsuses kindlad. Teooria võib vajada veidi kohandamist, kuid mis iganes vastus ka poleks, kratsivad füüsikud selle hirmuäratava ülesandega veel kaua kuk alt.
