Який істинний розмір протона? Нові дані


Опубликованно 10.08.2018 03:08

Який істинний розмір протона? Нові дані

Ядро складається з протонів, нейтронів. У моделі Бора електрони рухаються навколо ядра по кругових орбітах, подібно Землі, що обертається навколо Сонця. Електрони можуть переходити між цими рівнями, що і коли вони це роблять, вони або поглинають фотон, або випускають фотон. Який розмір протона і що це таке?

Головний будівельний елемент видимої Всесвіту

Протон є основним будівельним блоком видимої Всесвіту, але багато його властивості, такі як радіус заряду і його аномальний магнітний момент, не зовсім зрозумілі. Що таке протон? Це субатомна частинка з позитивним електричним зарядом. До недавнього часу протон вважався найменшою частинкою. Однак завдяки новим технологіям став відомий той факт, що протони включають в себе ще більш маленькі елементи, частинки, звані кварками, істинними фундаментальними частинками матерії. Протон може утворюватися в результаті нестійкого нейтрона.

Заряд

Яким володіє електричним зарядом протон? Він має заряд +1 елементарного заряду, який позначається буквою "e" і був відкритий в 1874 році Джорджем Стоуні. У той час як протон має позитивний заряд (або 1e), електрон має негативний заряд (-1 або -e), а нейтрон зовсім не має заряду і може позначатися 0e. 1 елементарний заряд дорівнює 1,602 ? 10 -19 кулонів. Кулон являє собою тип одиниці електричного заряду і є еквівалентом одному амперу, який неухильно транспортується в розрахунку на одну секунду.

Що таке протон?

Все, чого ви можете торкнутися і відчувати, складається з атомів. Розмір цих крихітних частинок всередині центру атома дуже маленьке. Хоча вони становлять більшу частину ваги атома, але вони все ж дуже малі. Фактично, якби атом був розміром з футбольне поле, кожен з його протонів був би тільки розміром мурашки. Протони не повинні обмежуватися ядрами атомів. Коли протони знаходяться за межами атомних ядер, вони набувають захоплюючі, химерні і потенційно небезпечні властивості, аналогічні властивостям нейтронів в подібних обставинах.

Але протони володіють додатковим властивістю. Оскільки вони несуть електричний заряд, їх можна прискорити електричними або магнітними полями. Високошвидкісні протони і атомні ядра, що містять їх, виділяються у великих кількостях під час сонячних спалахів. Частинки прискорюються магнітним полем Землі, викликаючи іоносферні збурення, відомі як геомагнітні бурі.

Число протонів, розмір і маса

Кількість протонів робить кожен атом унікальним. Наприклад, у кисню їх вісім, у водню всього один, а золота - цілих 79. Це число схоже на тотожність елемента. Ви можете багато чого дізнатися про атом, просто знаючи число протонів. Ця субатомна частинка, знайдена в ядрі кожного атома, має позитивний електричний заряд, рівний і протилежний електрону елемента. Якщо б він був ізольований, то мав би масу всього близько 1,673-27 кг, трохи менше маси нейтрона.

Число протонів в ядрі елемента називається атомним номером. Це число дає кожному елементу свій унікальний тотожність. В атомах якогось конкретного елемента число протонів у ядрах завжди одне і те ж. Атом простого водню має ядро, яке складається всього з 1 протона. Ядра всіх інших елементів майже завжди містять нейтрони в додаток до протонів.

Наскільки великий протон?

Ніхто цього точно не знає, і це проблема. В експериментах використовувалися модифіковані атоми водню, щоб отримати розмір протона. Це субатомна таємниця з великими наслідками. Через шість років після того, як фізики оголосили про занадто малому вимірі розміру протона, вчені все ще не впевнені щодо щирого розміру. З появою нових даних таємниця стає все глибшою.

Протони - частки, що знаходяться всередині ядра атомів. Протягом багатьох років радіус протона здавався закріпленим на відмітці приблизно в 0,877 фемтометров. Але в 2010 році Рендольф Підлогу з Інституту квантової оптики ім. Макса Планка в Гархінге, Німеччина, отримав тривожний відповідь, використовуючи нову методику виміру.

Команда змінила один протон, один електронний складу атома водню, переключивши електрон на більш важку частку, звану мюоном. Потім вони замінили цей змінений атом лазером. Вимірювання отриманого зміни їх енергетичних рівнів дозволило їм розрахувати розмір його протонного ядра. На їхній подив, він вийшов на 4 % менше, ніж традиційне значення, що вимірюється іншими засобами. В експерименті Рендольфа також застосували нову методику до дейтерию - изотопу водню, що має один протон і один нейтрон, всі разом відомий як дейтрон, - в його ядрі. Однак точне обчислення розміру дейтрона займало багато часу. Нові експерименти

Нові дані показують, що проблема радіуса протонів не зникає. Ще кілька експериментів в лабораторії Рендольфа Підлоги та інших вже ведуться. Хтось вдається до тієї ж техніки мюона для вимірювання розміру більш важких атомних ядер, таких як гелій. Інші одночасно вимірюють розсіяння мюонів і електронів. Підлогу підозрює, що винуватцем може бути не сам протон, а неправильне вимірювання константи Ридберга, число, яке описує довжини хвиль світла, випромінюваного збудженим атомом. Але ця константа добре відома завдяки іншим прецизійним експериментів.

В іншому поясненні пропонуються нові частинки, які викликають несподівані взаємодії між протоном і мюоном, не змінюючи його зв'язку з електроном. Це може означати, що головоломка виводить нас за рамки стандартної моделі фізики елементарних частинок. «Якщо в якийсь момент в майбутньому хтось виявить щось крім стандартної моделі, це буде так», - говорить Пол, з першим невеликим розходженням, потім з іншим та іншим, повільно створюючи більш монументальний зрушення. Який істинний розмір протона? Нові результати кидають виклик базової теорії фізики.

Розрахувавши вплив радіуса протона на траєкторії прольоту, дослідники змогли оцінити радіус частинки протона, який склав 0,84184 фемтометра. Раніше цей показник був на позначці від 0,8768 до 0,897 фемтометра. При розгляді таких крихітних кількостей завжди існує ймовірність помилки. Однак після 12 років кропітких зусиль члени команди впевнені в точності своїх вимірів. Теорія може потребувати деякого доопрацювання, але яким би не був відповідь, фізики ще довго будуть почухувати голови, вирішуючи цю складну задачу. Автор: Катерина Нікітіна 16 Липня, 2018


banner14

Категория: Студентам