Nukleus terdiri daripada proton, neutron. Dalam model Bohr, elektron bergerak mengelilingi nukleus dalam orbit bulat, seperti Bumi beredar mengelilingi Matahari. Elektron boleh bergerak di antara tahap ini, dan apabila ia berlaku, ia sama ada menyerap foton atau memancarkan foton. Apakah saiz proton dan apakah itu?
Blok binaan utama Alam Semesta yang boleh dilihat
Proton ialah blok binaan asas bagi alam semesta yang boleh dilihat, tetapi banyak sifatnya, seperti jejari casnya dan momen magnet anomalinya, tidak difahami dengan baik. Apakah proton? Ia adalah zarah subatom dengan cas elektrik positif. Sehingga baru-baru ini, proton dianggap sebagai zarah terkecil. Walau bagaimanapun, terima kasih kepada teknologi baru, fakta telah diketahui bahawa proton termasuk unsur yang lebih kecil, zarah yang dipanggil quark, zarah asas sebenar jirim. Proton boleh terbentuk hasil daripada neutron yang tidak stabil.
Caj
Apakah cas elektrik yang ada pada proton? Diamempunyai caj +1 caj asas, yang dilambangkan dengan huruf "e" dan ditemui pada tahun 1874 oleh George Stoney. Walaupun proton mempunyai cas positif (atau 1e), elektron mempunyai cas negatif (-1 atau -e), dan neutron tidak mempunyai cas sama sekali dan boleh dilambangkan 0e. 1 cas asas adalah sama dengan 1.602 × 10 -19 coulomb. Coulomb ialah sejenis unit cas elektrik dan bersamaan dengan satu ampere yang diangkut secara berterusan sesaat.
Apakah itu proton?
Semua yang anda boleh sentuh dan rasa diperbuat daripada atom. Saiz zarah-zarah kecil ini di dalam pusat atom adalah sangat kecil. Walaupun ia membentuk sebahagian besar berat atom, ia masih sangat kecil. Sebenarnya, jika atom sebesar padang bola, setiap protonnya hanya sebesar semut. Proton tidak boleh terhad kepada nukleus atom. Apabila proton berada di luar nukleus atom, ia mengambil sifat yang menarik, pelik dan berpotensi berbahaya serupa dengan neutron dalam keadaan yang sama.
Tetapi proton mempunyai sifat tambahan. Oleh kerana ia membawa cas elektrik, ia boleh dipercepatkan oleh medan elektrik atau magnet. Proton berkelajuan tinggi dan nukleus atom yang mengandunginya dibebaskan dalam kuantiti yang banyak semasa nyalaan suria. Zarah dipercepatkan oleh medan magnet Bumi, menyebabkan gangguan ionosfera yang dikenali sebagai ribut geomagnet.
Bilangan proton, saiz dan jisim
Bilangan proton menjadikan setiap atom unik. Sebagai contoh, oksigen mempunyai lapan daripadanya, hidrogen hanya mempunyai satu, dan emas mempunyai sebanyak 79. Nombor ini serupa dengan identiti unsur tersebut. Anda boleh belajar banyak tentang atom hanya dengan mengetahui bilangan protonnya. Zarah subatomik ini, yang terdapat dalam nukleus setiap atom, mempunyai cas elektrik positif yang sama dan bertentangan dengan elektron unsur itu. Jika ia diasingkan, ia akan mempunyai jisim hanya kira-kira 1.673-27 kg, kurang sedikit daripada jisim neutron.
Bilangan proton dalam nukleus unsur dipanggil nombor atom. Nombor ini memberikan setiap elemen identiti uniknya. Dalam atom mana-mana unsur tertentu, bilangan proton dalam nukleus sentiasa sama. Atom hidrogen ringkas mempunyai nukleus, yang terdiri daripada hanya 1 proton. Nukleus semua unsur lain hampir selalu mengandungi neutron sebagai tambahan kepada proton.
Berapa besar proton?
Tiada siapa yang tahu pasti, dan itulah masalahnya. Eksperimen menggunakan atom hidrogen yang diubah suai untuk mendapatkan saiz proton. Ia adalah misteri subatom dengan implikasi besar. Enam tahun selepas ahli fizik mengumumkan bahawa ukuran saiz proton adalah terlalu kecil, saintis masih tidak pasti tentang saiz sebenar. Apabila lebih banyak data muncul, misteri itu semakin mendalam.
Proton ialah zarah di dalam nukleus atom. Selama bertahun-tahun, jejari proton nampaknya ditetapkan pada sekitar 0.877 femtometer. Tetapi pada tahun 2010, Randolph Paul dari Institut Kuantumoptik mereka. Max Planck di Garching, Jerman, menerima respons yang membimbangkan menggunakan teknik pengukuran baharu.
Pasukan menukar satu proton, satu komposisi elektron bagi atom hidrogen dengan menukar elektron kepada zarah yang lebih berat dipanggil muon. Mereka kemudian menggantikan atom yang diubah ini dengan laser. Mengukur perubahan yang terhasil dalam tahap tenaga mereka membolehkan mereka mengira saiz nukleus protonnya. Yang mengejutkan mereka, ia keluar 4% kurang daripada nilai tradisional yang diukur dengan cara lain. Percubaan Randolph juga menggunakan teknik baharu untuk deuterium - isotop hidrogen yang mempunyai satu proton dan satu neutron, secara kolektif dikenali sebagai deuteron - dalam nukleusnya. Walau bagaimanapun, ia mengambil masa yang lama untuk mengira saiz deuteron dengan tepat.
Percubaan baharu
Data baharu menunjukkan masalah jejari proton berterusan. Beberapa lagi eksperimen di makmal Randolph Paul dan yang lain sudah dijalankan. Ada yang menggunakan teknik muon yang sama untuk mengukur saiz nukleus atom yang lebih berat seperti helium. Yang lain secara serentak mengukur penyebaran muon dan elektron. Paul mengesyaki bahawa penyebabnya mungkin bukan proton itu sendiri, tetapi pengukuran pemalar Rydberg yang salah, nombor yang menggambarkan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh atom teruja. Tetapi pemalar ini terkenal melalui eksperimen ketepatan lain.
Penjelasan lain mencadangkan zarah baharu yang menyebabkan interaksi yang tidak dijangka antara proton dan muon tanpa mengubah ikatannya dengan elektron. Ini boleh bermakna bahawa teka-teki membawa kita melampaui model fizik standard.zarah. "Jika pada satu ketika pada masa hadapan seseorang menemui sesuatu di luar model standard, itu sahaja," kata Paul, dengan percanggahan kecil pertama, kemudian satu lagi dan satu lagi, perlahan-lahan mencipta anjakan yang lebih monumental. Apakah saiz sebenar proton? Keputusan baharu mencabar teori asas fizik.
Dengan mengira pengaruh jejari proton pada laluan penerbangan, penyelidik dapat menganggarkan jejari zarah proton, yang berjumlah 0.84184 femtometer. Sebelum ini, penunjuk ini berada pada sekitar 0.8768 hingga 0.897 femtometer. Apabila mempertimbangkan kuantiti yang begitu kecil, sentiasa ada ruang untuk kesilapan. Bagaimanapun, selepas 12 tahun berusaha bersungguh-sungguh, ahli pasukan yakin dengan ketepatan ukuran mereka. Teori ini mungkin memerlukan sedikit pengubahsuaian, tetapi apa pun jawapannya, ahli fizik akan menggaru kepala mereka pada tugas yang menakutkan ini untuk masa yang lama akan datang.
