تتكون النواة من البروتونات والنيوترونات. في نموذج بور ، تتحرك الإلكترونات حول النواة في مدارات دائرية ، مثل الأرض التي تدور حول الشمس. يمكن للإلكترونات أن تتحرك بين هذه المستويات ، وعندما تفعل ذلك ، فإنها إما تمتص فوتونًا أو تصدر فوتونًا. ما هو حجم البروتون وما هو؟
اللبنة الأساسية للكون المرئي
البروتون هو لبنة البناء الأساسية للكون المرئي ، لكن العديد من خصائصه ، مثل نصف قطر شحنته وعزمه المغناطيسي الشاذ ، ليست مفهومة جيدًا. ما هو البروتون؟ إنه جسيم دون ذري بشحنة كهربائية موجبة. حتى وقت قريب ، كان البروتون يعتبر أصغر جسيم. ومع ذلك ، وبفضل التقنيات الجديدة ، أصبحت حقيقة أن البروتونات تشتمل على عناصر أصغر ، وجسيمات تسمى الكواركات ، وهي الجسيمات الأساسية الحقيقية للمادة. يمكن أن يتشكل البروتون نتيجة لنيوترون غير مستقر.
المسؤول
ما الشحنة الكهربائية التي يمتلكها البروتون؟ هولديه تهمة +1 شحنة ابتدائية ، والتي يشار إليها بالحرف "e" واكتشفها جورج ستوني في عام 1874. بينما يحتوي البروتون على شحنة موجبة (أو 1e) ، فإن الإلكترون له شحنة سالبة (-1 أو - e) ، والنيوترون ليس له شحنة على الإطلاق ويمكن الإشارة إليه بـ 0e. 1 شحنة أولية تساوي 1.602 × 10-19 كولوم. الكولوم هو نوع من وحدات الشحنة الكهربائية وهو ما يعادل أمبير واحد ينتقل بثبات في الثانية.
ما هو البروتون؟
كل ما يمكنك أن تلمسه وتشعر به مصنوع من الذرات. حجم هذه الجسيمات الدقيقة داخل مركز الذرة صغير جدًا. على الرغم من أنها تشكل معظم وزن الذرة ، إلا أنها لا تزال صغيرة جدًا. في الواقع ، إذا كانت الذرة بحجم ملعب كرة قدم ، فإن كل بروتوناتها ستكون بحجم نملة فقط. لا ينبغي أن تقتصر البروتونات على نوى الذرات. عندما تكون البروتونات خارج النوى الذرية ، فإنها تكتسب خواصًا رائعة وغريبة وربما خطرة مماثلة لتلك الموجودة في النيوترونات في ظل ظروف مماثلة.
لكن البروتونات لها خاصية إضافية. نظرًا لأنها تحمل شحنة كهربائية ، يمكن تسريعها بواسطة المجالات الكهربائية أو المغناطيسية. يتم إطلاق البروتونات عالية السرعة والنواة الذرية التي تحتوي عليها بكميات كبيرة أثناء التوهجات الشمسية. يتم تسريع الجسيمات بواسطة المجال المغناطيسي للأرض ، مما يتسبب في اضطرابات الأيونوسفير المعروفة باسم العواصف المغناطيسية الأرضية.
عدد البروتونات والحجم والكتلة
عدد البروتونات يجعل كل ذرة فريدة. على سبيل المثال ، يحتوي الأكسجين على ثمانية منها ، ويحتوي الهيدروجين على واحد فقط ، ويحتوي الذهب على ما يصل إلى 79. وهذا الرقم مشابه لهوية العنصر. يمكنك أن تتعلم الكثير عن الذرة بمجرد معرفة عدد بروتوناتها. هذا الجسيم دون الذري ، الموجود في نواة كل ذرة ، له شحنة كهربائية موجبة تساوي وتعاكس إلكترون العنصر. إذا تم عزله ، فستكون كتلته حوالي 1.673-27كجم ، أقل بقليل من كتلة النيوترون.
عدد البروتونات في نواة العنصر يسمى العدد الذري. يعطي هذا الرقم كل عنصر هويته الفريدة. في ذرات أي عنصر معين ، يكون عدد البروتونات في النواة هو نفسه دائمًا. تحتوي ذرة الهيدروجين البسيطة على نواة تتكون من بروتون واحد فقط. تحتوي نوى جميع العناصر الأخرى دائمًا تقريبًا على نيوترونات بالإضافة إلى البروتونات.
ما هو حجم البروتون؟
لا أحد يعرف على وجه اليقين ، وهذه هي المشكلة. استخدمت التجارب ذرات الهيدروجين المعدلة للحصول على حجم البروتون. إنه لغز دون ذري له آثار كبيرة. بعد ست سنوات من إعلان الفيزيائيين أن قياس البروتون كان صغيرًا جدًا ، لا يزال العلماء غير متأكدين من الحجم الحقيقي. مع ظهور المزيد من البيانات ، يتعمق الغموض.
البروتونات هي جسيمات داخل نواة الذرات. لسنوات عديدة ، بدا أن نصف قطر البروتون ثابت عند حوالي 0.877 فيمتومتر. لكن في عام 2010 ، راندولف بول من معهد الكمالبصريات لهم. تلقى ماكس بلانك في جارشينج بألمانيا استجابة مقلقة باستخدام تقنية قياس جديدة.
قام الفريق بتغيير بروتون واحد ، وتركيب إلكترون واحد لذرة الهيدروجين عن طريق تحويل الإلكترون إلى جسيم أثقل يسمى الميون. ثم قاموا باستبدال هذه الذرة المعدلة بالليزر. سمح قياس التغيير الناتج في مستويات طاقتهم بحساب حجم نواة البروتون. ولدهشتهم ، جاءت أقل بنسبة 4٪ من القيمة التقليدية المقاسة بوسائل أخرى. طبقت تجربة راندولف أيضًا التقنية الجديدة على الديوتيريوم - وهو نظير للهيدروجين يحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد ، يُعرفان معًا باسم الديوترون - في نواته. ومع ذلك ، فقد استغرق الأمر وقتًا طويلاً لحساب حجم الديوترون بدقة.
تجارب جديدة
تظهر البيانات الجديدة استمرار مشكلة نصف قطر البروتون. هناك عدد قليل من التجارب الأخرى في مختبر راندولف بول وآخرون جارية بالفعل. يستخدم البعض تقنية الميون نفسها لقياس حجم النوى الذرية الأثقل مثل الهيليوم. يقيس آخرون في نفس الوقت تشتت الميونات والإلكترونات. يشك بول في أن الجاني قد لا يكون البروتون نفسه ، ولكن قياسًا غير صحيح لثابت ريدبيرج ، وهو رقم يصف الأطوال الموجية للضوء المنبعثة من ذرة مثارة. لكن هذا الثابت معروف جيدًا من خلال تجارب الدقة الأخرى.
تفسير آخر يقترح جسيمات جديدة تسبب تفاعلات غير متوقعة بين البروتون والميون دون تغيير ارتباطه بالإلكترون. قد يعني هذا أن اللغز يأخذنا إلى ما وراء النموذج القياسي للفيزياء.حبيبات. يقول بول: "إذا اكتشف شخص ما في وقت ما في المستقبل شيئًا ما يتجاوز النموذج القياسي ، فسيكون هذا هو الأمر" ، مع وجود تناقض صغير أول ، ثم آخر وآخر ، مما يؤدي ببطء إلى إحداث تحول هائل. ما هو الحجم الحقيقي للبروتون؟ نتائج جديدة تتحدى النظرية الأساسية للفيزياء.
بحساب تأثير نصف قطر البروتون على مسار الرحلة ، تمكن الباحثون من تقدير نصف قطر جسيم البروتون ، والذي بلغ 0.84184 فيمتومتر. في السابق ، كان هذا المؤشر عند حوالي 0.8768 إلى 0.897 فيمتومتر. عند التفكير في مثل هذه الكميات الصغيرة ، هناك دائمًا مجال للخطأ. ومع ذلك ، بعد 12 عامًا من الجهد المضني ، فإن أعضاء الفريق واثقون من دقة قياساتهم. قد تحتاج النظرية إلى بعض التغيير والتبديل ، ولكن مهما كانت الإجابة ، فإن الفيزيائيين سوف يخدشون رؤوسهم في هذه المهمة الشاقة لفترة طويلة قادمة.
