هسته از پروتون ها، نوترون ها تشکیل شده است. در مدل بور، الکترون ها در مدارهای دایره ای به دور هسته حرکت می کنند، مانند چرخش زمین به دور خورشید. الکترون‌ها می‌توانند بین این سطوح حرکت کنند و هنگامی که این کار را انجام می‌دهند، یا یک فوتون را جذب می‌کنند یا یک فوتون ساطع می‌کنند. اندازه پروتون چقدر است و چقدر است؟
ساختمان اصلی جهان مرئی
پروتون بلوک ساختمانی اصلی جهان مرئی است، اما بسیاری از خواص آن، مانند شعاع بار و گشتاور مغناطیسی غیرعادی آن، به خوبی شناخته نشده است. پروتون چیست؟ این یک ذره زیر اتمی با بار الکتریکی مثبت است. تا همین اواخر، پروتون کوچکترین ذره در نظر گرفته می شد. با این حال، به لطف فناوری‌های جدید، این واقعیت مشخص شده است که پروتون‌ها شامل عناصر حتی کوچک‌تر، ذراتی به نام کوارک، ذرات بنیادی واقعی ماده هستند. یک پروتون می تواند در نتیجه یک نوترون ناپایدار تشکیل شود.
شارژ
یک پروتون چه بار الکتریکی دارد؟ اودارای بار اولیه +1 است که با حرف "e" نشان داده می شود و در سال 1874 توسط جورج استونی کشف شد. در حالی که پروتون دارای بار مثبت (یا 1e) است، الکترون دارای بار منفی (-1 یا -e) است و نوترون اصلاً بار ندارد و می توان آن را 0e نشان داد. 1 بار اولیه برابر است با 1.602 × 10 -19 کولن. کولن نوعی واحد بار الکتریکی است و معادل یک آمپر است که به طور پیوسته در هر ثانیه حمل می شود.
پروتون چیست؟
هر چیزی که می توانید لمس کنید و احساس کنید از اتم ساخته شده است. اندازه این ذرات ریز در مرکز یک اتم بسیار کوچک است. اگرچه بیشتر وزن یک اتم را تشکیل می دهند، اما هنوز بسیار کوچک هستند. در واقع، اگر یک اتم به اندازه یک زمین فوتبال بود، هر یک از پروتون های آن فقط به اندازه یک مورچه بود. پروتون ها نباید به هسته اتم ها محدود شوند. وقتی پروتون‌ها خارج از هسته‌های اتم هستند، خواص شگفت‌انگیز، عجیب و بالقوه خطرناکی شبیه به نوترون‌ها در شرایط مشابه پیدا می‌کنند.
اما پروتون ها یک خاصیت اضافی دارند. از آنجایی که آنها حامل بار الکتریکی هستند، می توانند توسط میدان های الکتریکی یا مغناطیسی شتاب بگیرند. پروتون‌های پرسرعت و هسته‌های اتمی حاوی آنها در طی شعله‌های خورشیدی به مقدار زیاد آزاد می‌شوند. ذرات توسط میدان مغناطیسی زمین شتاب می گیرند و باعث اختلالات یونوسفر می شوند که به عنوان طوفان های ژئومغناطیسی شناخته می شوند.
تعداد پروتون، اندازه و جرم
تعداد پروتون ها هر اتم را منحصر به فرد می کند. به عنوان مثال، اکسیژن دارای هشت عدد، هیدروژن تنها یک عدد و طلا دارای 79 عدد است. این عدد مشابه هویت عنصر است. فقط با دانستن تعداد پروتون های یک اتم می توانید چیزهای زیادی در مورد یک اتم بیاموزید. این ذره زیر اتمی که در هسته هر اتم یافت می شود، دارای بار الکتریکی مثبت برابر و مخالف الکترون عنصر است. اگر جدا شده بود، جرم آن فقط در حدود 1.673-27کیلوگرم، کمی کمتر از جرم یک نوترون بود.
تعداد پروتون های موجود در هسته یک عنصر را عدد اتمی می گویند. این عدد به هر عنصر هویت منحصر به فرد خود را می دهد. در اتم های هر عنصر خاص، تعداد پروتون های هسته همیشه یکسان است. یک اتم هیدروژن ساده دارای یک هسته است که تنها از 1 پروتون تشکیل شده است. هسته همه عناصر دیگر تقریباً همیشه علاوه بر پروتون حاوی نوترون نیز هستند.
یک پروتون چقدر است؟
هیچ کس به طور قطعی نمی داند و مشکل همین است. در این آزمایش از اتم های هیدروژن اصلاح شده برای بدست آوردن اندازه پروتون استفاده شد. این یک معمای زیراتمی با پیامدهای بزرگ است. شش سال پس از آنکه فیزیکدانان اعلام کردند اندازه‌گیری اندازه پروتون بسیار کوچک است، دانشمندان هنوز در مورد اندازه واقعی مطمئن نیستند. با ظهور داده های بیشتر، راز عمیق تر می شود.
پروتون ها ذرات درون هسته اتم ها هستند. برای سال‌ها، شعاع پروتون در حدود 0.877 فمتومتر ثابت به نظر می‌رسید. اما در سال 2010، راندولف پل از موسسه کوانتومیآنها را اپتیک می کند ماکس پلانک در گارچینگ، آلمان، با استفاده از یک تکنیک اندازه‌گیری جدید، پاسخ هشداردهنده‌ای دریافت کرد.
تیم یک پروتون، یک ترکیب الکترونی اتم هیدروژن را با تغییر یک الکترون به ذره ای سنگین تر به نام میون تغییر دادند. آنها سپس این اتم تغییر یافته را با لیزر جایگزین کردند. اندازه گیری تغییر حاصل در سطوح انرژی آنها به آنها اجازه داد تا اندازه هسته پروتون آن را محاسبه کنند. در کمال تعجب آنها، 4 درصد کمتر از ارزش سنتی که با ابزارهای دیگر اندازه گیری می شد، به دست آمد. آزمایش راندولف همچنین روش جدید را روی دوتریوم - ایزوتوپی از هیدروژن که دارای یک پروتون و یک نوترون است که مجموعاً به نام دوترون شناخته می‌شوند - در هسته خود اعمال کرد. با این حال، محاسبه دقیق اندازه دوترون زمان زیادی طول کشید.
آزمایشات جدید
داده های جدید نشان می دهد که مشکل شعاع پروتون همچنان ادامه دارد. چند آزمایش دیگر در آزمایشگاه راندولف پل و دیگران در حال انجام است. برخی از همان تکنیک میون برای اندازه گیری اندازه هسته های اتمی سنگین تر مانند هلیوم استفاده می کنند. برخی دیگر به طور همزمان پراکندگی میون ها و الکترون ها را اندازه گیری می کنند. پل مشکوک است که مقصر ممکن است خود پروتون نباشد، بلکه اندازه گیری نادرست ثابت ریدبرگ باشد، عددی که طول موج های نور ساطع شده توسط یک اتم برانگیخته را توصیف می کند. اما این ثابت از طریق آزمایش‌های دقیق دیگر به خوبی شناخته شده است.
توضیح دیگر ذرات جدیدی را پیشنهاد می کند که باعث برهمکنش غیرمنتظره بین پروتون و میون بدون تغییر پیوند آن با الکترون می شود. این می تواند به این معنی باشد که این پازل ما را فراتر از مدل استاندارد فیزیک می برد.ذرات. پل می گوید: «اگر در مقطعی در آینده، کسی چیزی فراتر از مدل استاندارد را کشف کند، همان خواهد بود. اندازه واقعی یک پروتون چقدر است؟ نتایج جدید نظریه اساسی فیزیک را به چالش می کشد.
با محاسبه تأثیر شعاع پروتون در مسیر پرواز، محققان توانستند شعاع ذره پروتون را که بالغ بر 0.84184 فمتومتر است، تخمین بزنند. پیش از این، این شاخص در حدود 0.8768 تا 0.897 فمتومتر بود. هنگام در نظر گرفتن چنین مقادیر کوچکی، همیشه جایی برای خطا وجود دارد. با این حال، پس از 12 سال تلاش پر زحمت، اعضای تیم به دقت اندازه گیری های خود اطمینان دارند. این نظریه ممکن است نیاز به اصلاح داشته باشد، اما پاسخ هر چه باشد، فیزیکدانان برای مدت طولانی در این کار دلهره آور سر خود را خواهند خاراند.
