Bërthama përbëhet nga protone, neutrone. Në modelin e Bohr-it, elektronet lëvizin rreth bërthamës në orbita rrethore, si Toka që rrotullohet rreth Diellit. Elektronet mund të lëvizin ndërmjet këtyre niveleve dhe kur e bëjnë këtë, ato ose thithin një foton ose lëshojnë një foton. Sa është madhësia e një protoni dhe sa është ai?
Blloku kryesor ndërtues i Universit të dukshëm
Protoni është blloku themelor i ndërtimit të universit të dukshëm, por shumë nga vetitë e tij, si rrezja e ngarkesës dhe momenti i tij magnetik anormal, nuk janë kuptuar mirë. Çfarë është një proton? Është një grimcë nënatomike me ngarkesë elektrike pozitive. Deri vonë, protoni konsiderohej grimca më e vogël. Megjithatë, falë teknologjive të reja, është bërë i ditur fakti se protonet përfshijnë elementë edhe më të vegjël, grimcat e quajtura kuarke, grimcat e vërteta themelore të materies. Një proton mund të formohet si rezultat i një neutroni të paqëndrueshëm.
Ngarkesë
Çfarë ngarkese elektrike ka një proton? Aika një ngarkesë prej +1 ngarkesë elementare, e cila shënohet me shkronjën "e" dhe u zbulua në 1874 nga George Stoney. Ndërsa protoni ka një ngarkesë pozitive (ose 1e), elektroni ka një ngarkesë negative (-1 ose -e), dhe neutroni nuk ka fare ngarkesë dhe mund të shënohet 0e. 1 ngarkesë elementare është e barabartë me 1,602 × 10 -19 kulomb. Një kulomb është një lloj njësie ngarkese elektrike dhe është e barabartë me një amper që transportohet në mënyrë të qëndrueshme në sekondë.
Çfarë është një proton?
Gjithçka që mund të prekni dhe ndjeni është e përbërë nga atome. Madhësia e këtyre grimcave të vogla brenda qendrës së një atomi është shumë e vogël. Megjithëse ato përbëjnë pjesën më të madhe të peshës së një atomi, ato janë ende shumë të vogla. Në fakt, nëse një atom do të kishte madhësinë e një fushe futbolli, secili nga protonet e tij do të ishte vetëm sa një milingonë. Protonet nuk duhet të kufizohen në bërthamat e atomeve. Kur protonet janë jashtë bërthamave atomike, ato marrin veti magjepsëse, të çuditshme dhe potencialisht të rrezikshme të ngjashme me ato të neutroneve në rrethana të ngjashme.
Por protonet kanë një veti shtesë. Meqenëse ato mbartin një ngarkesë elektrike, ato mund të përshpejtohen nga fusha elektrike ose magnetike. Protonet me shpejtësi të lartë dhe bërthamat atomike që i përmbajnë ato çlirohen në sasi të mëdha gjatë ndezjeve diellore. Grimcat përshpejtohen nga fusha magnetike e Tokës, duke shkaktuar shqetësime jonosferike të njohura si stuhi gjeomagnetike.
Numri i protoneve, madhësia dhe masa
Numri i protoneve e bën çdo atom unik. Për shembull, oksigjeni ka tetë prej tyre, hidrogjeni ka vetëm një, dhe ari ka deri në 79. Ky numër është i ngjashëm me identitetin e elementit. Ju mund të mësoni shumë për një atom vetëm duke ditur numrin e protoneve të tij. Kjo grimcë nënatomike, që gjendet në bërthamën e çdo atomi, ka një ngarkesë elektrike pozitive të barabartë dhe të kundërt me elektronin e elementit. Nëse do të ishte i izoluar, do të kishte një masë vetëm rreth 1,673-27 kg, pak më pak se masa e një neutroni.
Numri i protoneve në bërthamën e një elementi quhet numër atomik. Ky numër i jep secilit element identitetin e tij unik. Në atomet e çdo elementi të veçantë, numri i protoneve në bërthama është gjithmonë i njëjtë. Një atom i thjeshtë hidrogjeni ka një bërthamë, e cila përbëhet nga vetëm 1 proton. Bërthamat e të gjithë elementëve të tjerë përmbajnë pothuajse gjithmonë neutrone përveç protoneve.
Sa i madh është një proton?
Askush nuk e di me siguri, dhe ky është problemi. Eksperimentet përdorën atome të modifikuara të hidrogjenit për të marrë madhësinë e protonit. Është një mister nënatomik me implikime të mëdha. Gjashtë vjet pasi fizikanët njoftuan se matja e madhësisë së protonit ishte shumë e vogël, shkencëtarët nuk janë ende të sigurt për madhësinë e vërtetë. Ndërsa dalin më shumë të dhëna, misteri thellohet.
Protonet janë grimca brenda bërthamës së atomeve. Për shumë vite, rrezja e protonit dukej se ishte e fiksuar në rreth 0,877 femtometra. Por në vitin 2010, Randolph Paul nga Instituti i Kuantitoptikën e tyre. Max Planck në Garching, Gjermani, mori një përgjigje alarmante duke përdorur një teknikë të re matjeje.
Ekipi ndryshoi një përbërje proton, një elektron të një atomi hidrogjeni duke kaluar një elektron në një grimcë më të rëndë të quajtur muon. Ata më pas e zëvendësuan këtë atom të ndryshuar me një lazer. Matja e ndryshimit që rezulton në nivelet e tyre të energjisë i lejoi ata të llogarisin madhësinë e bërthamës së protonit. Për habinë e tyre, ajo doli 4% më pak se vlera tradicionale e matur me mjete të tjera. Eksperimenti i Randolph aplikoi gjithashtu teknikën e re për deuteriumin - një izotop hidrogjeni që ka një proton dhe një neutron, të njohur kolektivisht si deuteron - në bërthamën e tij. Megjithatë, u desh shumë kohë për të llogaritur me saktësi madhësinë e deuteronit.
Eksperimente të reja
Të dhënat e reja tregojnë se problemi i rrezes së protonit vazhdon. Disa eksperimente të tjera në laboratorin e Randolph Paul dhe të tjerëve tashmë janë duke u zhvilluar. Disa përdorin të njëjtën teknikë të muonit për të matur madhësinë e bërthamave atomike më të rënda si heliumi. Të tjerët matin njëkohësisht shpërndarjen e muoneve dhe elektroneve. Pali dyshon se fajtori mund të mos jetë vetë protoni, por një matje e gabuar e konstantës Rydberg, një numër që përshkruan gjatësitë e valëve të dritës të emetuar nga një atom i ngacmuar. Por kjo konstante njihet mirë përmes eksperimenteve të tjera precize.
Një shpjegim tjetër propozon grimca të reja që shkaktojnë ndërveprime të papritura midis një protoni dhe një muoni pa ndryshuar lidhjen e tij me elektronin. Kjo mund të nënkuptojë se enigma na çon përtej modelit standard të fizikës.grimcat. "Nëse në një moment në të ardhmen dikush zbulon diçka përtej modelit standard, kjo do të jetë", thotë Paul, me një mospërputhje të parë të vogël, pastaj një tjetër dhe një tjetër, duke krijuar ngadalë një ndryshim më monumental. Cila është madhësia e vërtetë e një protoni? Rezultatet e reja sfidojnë teorinë themelore të fizikës.
Duke llogaritur ndikimin e rrezes së protonit në shtegun e fluturimit, studiuesit ishin në gjendje të vlerësonin rrezen e grimcës së protonit, e cila arrinte në 0,84184 femtometra. Më parë, ky tregues ishte rreth 0,8768 deri në 0,897 femtometra. Kur merren parasysh sasi të tilla të vogla, gjithmonë ka vend për gabime. Megjithatë, pas 12 vjet përpjekjesh të mundimshme, anëtarët e ekipit janë të sigurt në saktësinë e matjeve të tyre. Teoria mund të ketë nevojë për disa ndryshime, por cilado qoftë përgjigja, fizikanët do të gërvishtin kokën në këtë detyrë të frikshme për një kohë të gjatë që do të vijë.
