Kärnan består av protoner, neutroner. I Bohrs modell rör sig elektroner runt kärnan i cirkulära banor, som jorden som kretsar runt solen. Elektroner kan röra sig mellan dessa nivåer, och när de gör det absorberar de antingen en foton eller avger en foton. Vad är storleken på en proton och vad är den?
Det synliga universums huvudsakliga byggsten
Protonen är den grundläggande byggstenen i det synliga universum, men många av dess egenskaper, såsom dess laddningsradie och dess avvikande magnetiska moment, är inte väl förstådda. Vad är en proton? Det är en subatomär partikel med en positiv elektrisk laddning. Fram till nyligen ansågs protonen vara den minsta partikeln. Men tack vare ny teknik har det blivit känt att protoner innehåller ännu mindre grundämnen, partiklar som kallas kvarkar, materiens verkliga fundamentala partiklar. En proton kan bildas som ett resultat av en instabil neutron.
Charge
Vilken elektrisk laddning har en proton? hanhar en laddning på +1 elementär laddning, vilket betecknas med bokstaven "e" och upptäcktes 1874 av George Stoney. Medan protonen har en positiv laddning (eller 1e), har elektronen en negativ laddning (-1 eller -e), och neutronen har ingen laddning alls och kan betecknas 0e. 1 elementär laddning är lika med 1,602 × 10 -19 coulombs. En coulomb är en typ av enhet för elektrisk laddning och motsvarar en ampere som stadigt transporteras per sekund.
Vad är en proton?
Allt du kan röra vid och känna är gjort av atomer. Storleken på dessa små partiklar i mitten av en atom är mycket liten. Även om de utgör det mesta av vikten av en atom, är de fortfarande mycket små. Faktum är att om en atom var lika stor som en fotbollsplan skulle var och en av dess protoner bara vara lika stor som en myra. Protoner bör inte begränsas till atomkärnor. När protoner befinner sig utanför atomkärnor får de fascinerande, bisarra och potentiellt farliga egenskaper som liknar neutronernas under liknande omständigheter.
Men protoner har en extra egenskap. Eftersom de har en elektrisk laddning kan de accelereras av elektriska eller magnetiska fält. Höghastighetsprotoner och de atomkärnor som innehåller dem frigörs i stora mängder under solutbrott. Partiklar accelereras av jordens magnetfält, vilket orsakar jonosfäriska störningar som kallas geomagnetiska stormar.
Antal protoner, storlek och massa
Antalet protoner gör varje atom unik. Till exempel har syre åtta av dem, väte har bara en och guld har så många som 79. Detta nummer liknar elementets identitet. Du kan lära dig mycket om en atom bara genom att veta antalet protoner. Denna subatomära partikel, som finns i kärnan i varje atom, har en positiv elektrisk laddning som är lika med och motsatt elementets elektron. Om den var isolerad skulle den ha en massa på endast cirka 1,673-27 kg, något mindre än en neutrons massa.
Antalet protoner i kärnan i ett grundämne kallas atomnumret. Detta nummer ger varje element dess unika identitet. I atomerna i ett visst element är antalet protoner i kärnorna alltid detsamma. En enkel väteatom har en kärna som bara består av 1 proton. Kärnorna i alla andra grundämnen innehåller nästan alltid neutroner förutom protoner.
Hur stor är en proton?
Ingen vet säkert, och det är det som är problemet. I experimenten användes modifierade väteatomer för att få fram storleken på protonen. Det är ett subatomärt mysterium med stora implikationer. Sex år efter att fysiker meddelade att mätningen av protonens storlek var för liten, är forskarna fortfarande osäkra på den verkliga storleken. När mer data dyker upp fördjupas mysteriet.
Protoner är partiklar inne i atomernas kärna. Under många år verkade protonens radie vara fixerad till cirka 0,877 femtometer. Men 2010, Randolph Paul från Institute of Quantumoptik dem. Max Planck i Garching, Tyskland, fick ett alarmerande svar med en ny mätteknik.
Teamet ändrade en proton, en elektronsammansättning av en väteatom genom att byta en elektron till en tyngre partikel som kallas en myon. De ersatte sedan denna förändrade atom med en laser. Genom att mäta den resulterande förändringen i deras energinivåer kunde de beräkna storleken på dess protonkärna. Till deras förvåning kom det ut 4 % mindre än det traditionella värdet uppmätt på andra sätt. Randolphs experiment tillämpade också den nya tekniken på deuterium - en isotop av väte som har en proton och en neutron, gemensamt känd som deuteron - i sin kärna. Det tog dock lång tid att exakt beräkna storleken på deuteronet.
Nya experiment
Ny data visar att protonradieproblemet kvarstår. Ytterligare några experiment i Randolph Pauls och andras laboratorium är redan igång. Vissa använder samma myonteknik för att mäta storleken på tyngre atomkärnor som helium. Andra mäter samtidigt spridningen av myoner och elektroner. Paul misstänker att boven kanske inte är protonen i sig, utan en felaktig mätning av Rydberg-konstanten, ett tal som beskriver våglängderna för ljus som sänds ut av en exciterad atom. Men denna konstant är välkänd genom andra precisionsexperiment.
En annan förklaring föreslår nya partiklar som orsakar oväntade interaktioner mellan en proton och en myon utan att ändra dess bindning med elektronen. Detta kan betyda att pusslet tar oss bortom fysikens standardmodell.partiklar. "Om någon någon gång i framtiden upptäcker något utöver standardmodellen, så kommer det att vara det", säger Paul, med en första liten avvikelse, sedan en till och en till, vilket sakta skapar ett mer monument alt skifte. Vad är den verkliga storleken på en proton? Nya resultat utmanar den underliggande teorin om fysik.
Genom att beräkna protonradiens inverkan på flygbanan kunde forskarna uppskatta radien för protonpartikeln, som uppgick till 0,84184 femtometer. Tidigare låg denna indikator på cirka 0,8768 till 0,897 femtometer. När man överväger så små mängder finns det alltid utrymme för fel. Men efter 12 års mödosamma ansträngningar är teammedlemmarna säkra på att deras mätningar är korrekta. Teorin kan behöva finjusteras, men oavsett svaret kommer fysiker att klia sig i huvudet på denna skrämmande uppgift under lång tid framöver.
