Kiini kina protoni, neutroni. Katika muundo wa Bohr, elektroni huzunguka kiini katika mizunguko ya duara, kama Dunia inayozunguka Jua. Elektroni zinaweza kusonga kati ya viwango hivi, na zinapofanya hivyo, zinaweza kunyonya fotoni au kutoa fotoni. Ukubwa wa protoni ni nini na ni nini?
Nyumba kuu ya ujenzi wa Ulimwengu unaoonekana
Protoni ndio msingi wa ujenzi wa ulimwengu unaoonekana, lakini sifa zake nyingi, kama vile radius ya chaji na wakati wake wa ajabu wa sumaku, hazieleweki vyema. Protoni ni nini? Ni chembe ndogo na chaji chanya ya umeme. Hadi hivi majuzi, protoni ilizingatiwa kuwa chembe ndogo zaidi. Hata hivyo, kutokana na teknolojia mpya, ukweli umejulikana kuwa protoni ni pamoja na vipengele vidogo zaidi, chembe zinazoitwa quarks, chembe za msingi za suala. Protoni inaweza kutengenezwa kutokana na neutroni isiyo imara.
Chaji
Protoni ina malipo gani ya umeme? Yeyeina malipo ya +1 malipo ya msingi, ambayo yanaashiria kwa herufi "e" na iligunduliwa mnamo 1874 na George Stoney. Wakati protoni ina chaji chanya (au 1e), elektroni ina chaji hasi (-1 au -e), na neutroni haina chaji hata kidogo na inaweza kuashiria 0e. Ada 1 ya msingi ni sawa na 1.602 × 10 -19 coulombs. Coulomb ni aina ya kitengo cha chaji ya umeme na ni sawa na ampere moja ambayo husafirishwa kwa kasi kwa sekunde.
Protoni ni nini?
Kila kitu unachoweza kugusa na kuhisi kimeundwa kwa atomi. Ukubwa wa chembe hizi ndogo ndani ya katikati ya atomi ni ndogo sana. Ingawa zinafanya sehemu kubwa ya uzito wa atomi, bado ni ndogo sana. Kwa kweli, ikiwa chembe ingekuwa saizi ya uwanja wa mpira, kila protoni yake ingekuwa saizi ya chungu tu. Protoni haipaswi kuwa mdogo kwa nuclei ya atomi. Wakati protoni ziko nje ya viini vya atomiki, huchukua sifa za kuvutia, za ajabu na zinazoweza kuwa hatari sawa na zile za neutroni katika hali sawa.
Lakini protoni zina sifa ya ziada. Kwa kuwa hubeba malipo ya umeme, wanaweza kuharakishwa na mashamba ya umeme au magnetic. Protoni za kasi ya juu na viini vya atomiki vilivyomo hutolewa kwa kiasi kikubwa wakati wa miali ya jua. Chembe huharakishwa na uga wa sumaku wa Dunia, na kusababisha usumbufu wa ionospheric unaojulikana kama dhoruba za sumakuumeme.
Idadi ya protoni, saizi na uzito
Idadi ya protoni hufanya kila atomi kuwa ya kipekee. Kwa mfano, oksijeni ina nane kati yao, hidrojeni ina moja tu, na dhahabu ina 79. Nambari hii ni sawa na utambulisho wa kipengele. Unaweza kujifunza mengi kuhusu atomi kwa kujua tu idadi ya protoni zake. Chembe hii ndogo ya atomu, inayopatikana katika kiini cha kila atomi, ina malipo chanya ya umeme sawa na kinyume na elektroni ya kipengele. Iwapo ingetengwa, ingekuwa na uzani wa takriban 1.673-27 kg, chini kidogo ya uzito wa neutroni.
Nambari ya protoni katika kiini cha kipengele inaitwa nambari ya atomiki. Nambari hii inatoa kila kipengele utambulisho wake wa kipekee. Katika atomi za kipengele chochote, idadi ya protoni katika nuclei daima ni sawa. Atomi rahisi ya hidrojeni ina kiini, ambacho kina protoni 1 tu. Viini vya vipengele vingine vyote karibu kila mara huwa na neutroni pamoja na protoni.
Protoni ina ukubwa gani?
Hakuna anayejua kwa uhakika, na hilo ndilo tatizo. Majaribio yalitumia atomi za hidrojeni zilizorekebishwa kupata saizi ya protoni. Ni fumbo ndogo na athari kubwa. Miaka sita baada ya wanafizikia kutangaza kwamba kipimo cha saizi ya protoni ni ndogo sana, wanasayansi bado hawana uhakika juu ya saizi ya kweli. Data zaidi inapojitokeza, fumbo huongezeka.
Protoni ni chembe ndani ya kiini cha atomi. Kwa miaka mingi, radius ya protoni ilionekana kuwa imewekwa karibu na 0.877 femtometers. Lakini mnamo 2010, Randolph Paul kutoka Taasisi ya Quantummacho yao. Max Planck huko Garching, Ujerumani, alipokea jibu la kutisha kwa kutumia mbinu mpya ya kupima.
Timu ilibadilisha protoni moja, muundo wa elektroni moja ya atomi ya hidrojeni kwa kubadili elektroni hadi chembe nzito zaidi iitwayo muon. Kisha walibadilisha atomi hii iliyobadilishwa na laser. Kupima mabadiliko yaliyotokana na viwango vyao vya nishati iliwaruhusu kuhesabu ukubwa wa kiini cha protoni. Kwa mshangao wao, ilitoka 4% chini ya thamani ya jadi iliyopimwa kwa njia nyingine. Jaribio la Randolph pia lilitumia mbinu mpya kwa deuterium - isotopu ya hidrojeni ambayo ina protoni moja na neutroni moja, inayojulikana kwa pamoja kama deuteron - kwenye kiini chake. Hata hivyo, ilichukua muda mrefu kukokotoa kwa usahihi ukubwa wa deuteroni.
Majaribio mapya
Data mpya inaonyesha tatizo la radius ya protoni linaendelea. Majaribio machache zaidi katika maabara ya Randolph Paul na wengine tayari yanaendelea. Wengine hutumia mbinu sawa ya muon kupima saizi ya viini vizito vya atomiki kama heliamu. Wengine hupima wakati huo huo kutawanyika kwa muons na elektroni. Paul anashuku kwamba mkosaji anaweza kuwa sio protoni yenyewe, lakini kipimo kisicho sahihi cha Rydberg constant, nambari inayoelezea urefu wa mawimbi ya mwanga unaotolewa na atomi yenye msisimko. Lakini hii mara kwa mara inajulikana sana kupitia majaribio mengine ya usahihi.
Maelezo mengine yanapendekeza chembe mpya zinazosababisha mwingiliano usiotarajiwa kati ya protoni na muon bila kubadilisha muunganisho wake na elektroni. Hii inaweza kumaanisha kuwa fumbo linatupeleka zaidi ya muundo wa kawaida wa fizikia.chembe chembe. "Ikiwa wakati fulani katika siku zijazo mtu atagundua kitu zaidi ya mtindo wa kawaida, itakuwa hivyo," anasema Paul, na tofauti ndogo ya kwanza, kisha nyingine na nyingine, polepole kuunda mabadiliko makubwa zaidi. Ukubwa wa kweli wa protoni ni nini? Matokeo mapya yanapinga nadharia ya msingi ya fizikia.
Kwa kuhesabu athari ya radius ya protoni kwenye njia ya ndege, watafiti waliweza kukadiria eneo la chembe ya protoni, ambayo ilikuwa femtomita 0.84184. Hapo awali, kiashiria hiki kilikuwa karibu na 0.8768 hadi 0.897 femtometers. Wakati wa kuzingatia idadi ndogo kama hiyo, daima kuna nafasi ya makosa. Walakini, baada ya miaka 12 ya bidii kubwa, washiriki wa timu wana uhakika katika usahihi wa vipimo vyao. Nadharia inaweza kuhitaji kurekebishwa, lakini jibu lolote, wanafizikia watakuwa wakikuna vichwa vyao kwa kazi hii nzito kwa muda mrefu ujao.
