Il nucleo è costituito da protoni, neutroni. Nel modello di Bohr, gli elettroni si muovono attorno al nucleo in orbite circolari, come la Terra che ruota attorno al Sole. Gli elettroni possono spostarsi tra questi livelli e, quando lo fanno, assorbono un fotone o emettono un fotone. Qual è la dimensione di un protone e qual è?
L'elemento costitutivo principale dell'Universo visibile
Il protone è l'elemento costitutivo di base dell'universo visibile, ma molte delle sue proprietà, come il raggio di carica e il momento magnetico anomalo, non sono ben comprese. Cos'è un protone? È una particella subatomica con carica elettrica positiva. Fino a poco tempo, il protone era considerato la particella più piccola. Tuttavia, grazie alle nuove tecnologie, è diventato noto il fatto che i protoni includono elementi ancora più piccoli, particelle chiamate quark, le vere particelle fondamentali della materia. Un protone può essere formato come risultato di un neutrone instabile.
Addebito
Che carica elettrica ha un protone? Luiha una carica di +1 carica elementare, che è indicata dalla lettera "e" ed è stata scoperta nel 1874 da George Stoney. Mentre il protone ha una carica positiva (o 1e), l'elettrone ha una carica negativa (-1 o -e) e il neutrone non ha alcuna carica e può essere indicato con 0e. 1 carica elementare è pari a 1.602 × 10 -19 coulomb. Un coulomb è un tipo di unità di carica elettrica ed è l'equivalente di un ampere che viene costantemente trasportato al secondo.
Cos'è un protone?
Tutto ciò che puoi toccare e sentire è fatto di atomi. La dimensione di queste minuscole particelle all'interno del centro di un atomo è molto piccola. Sebbene rappresentino la maggior parte del peso di un atomo, sono ancora molto piccoli. Infatti, se un atomo avesse le dimensioni di un campo da calcio, ciascuno dei suoi protoni avrebbe solo le dimensioni di una formica. I protoni non dovrebbero essere limitati ai nuclei degli atomi. Quando i protoni sono al di fuori dei nuclei atomici, assumono proprietà affascinanti, bizzarre e potenzialmente pericolose simili a quelle dei neutroni in circostanze simili.
Ma i protoni hanno una proprietà aggiuntiva. Poiché trasportano una carica elettrica, possono essere accelerati da campi elettrici o magnetici. I protoni ad alta velocità ei nuclei atomici che li contengono vengono rilasciati in grandi quantità durante i brillamenti solari. Le particelle sono accelerate dal campo magnetico terrestre, causando perturbazioni ionosferiche note come tempeste geomagnetiche.
Numero di protoni, dimensioni e massa
Il numero di protoni rende ogni atomo unico. Ad esempio, l'ossigeno ne ha otto, l'idrogeno ne ha solo uno e l'oro ne ha fino a 79. Questo numero è simile all'identità dell'elemento. Puoi imparare molto su un atomo semplicemente conoscendo il numero dei suoi protoni. Questa particella subatomica, che si trova nel nucleo di ogni atomo, ha una carica elettrica positiva uguale e opposta all'elettrone dell'elemento. Se fosse isolato, avrebbe una massa di circa 1.673-27 kg, leggermente inferiore alla massa di un neutrone.
Il numero di protoni nel nucleo di un elemento è chiamato numero atomico. Questo numero conferisce a ogni elemento la sua identità unica. Negli atomi di qualsiasi elemento particolare, il numero di protoni nei nuclei è sempre lo stesso. Un semplice atomo di idrogeno ha un nucleo, che consiste di un solo protone. I nuclei di tutti gli altri elementi contengono quasi sempre neutroni oltre ai protoni.
Quanto è grande un protone?
Nessuno lo sa per certo, e questo è il problema. Gli esperimenti hanno utilizzato atomi di idrogeno modificati per ottenere le dimensioni del protone. È un mistero subatomico con grandi implicazioni. Sei anni dopo che i fisici hanno annunciato che la misura della dimensione del protone era troppo piccola, gli scienziati non sono ancora sicuri della dimensione reale. Man mano che emergono più dati, il mistero si approfondisce.
I protoni sono particelle all'interno del nucleo degli atomi. Per molti anni, il raggio del protone sembrava essere fissato a circa 0,877 femtometri. Ma nel 2010, Randolph Paul dell'Institute of Quantumottica loro. Max Planck a Garching, in Germania, ha ricevuto una risposta allarmante utilizzando una nuova tecnica di misurazione.
Il team ha cambiato un protone, una composizione elettronica di un atomo di idrogeno, trasformando un elettrone in una particella più pesante chiamata muone. Hanno quindi sostituito questo atomo alterato con un laser. Misurare il cambiamento risultante nei loro livelli di energia ha permesso loro di calcolare la dimensione del suo nucleo protonico. Con loro sorpresa, è risultato inferiore del 4% rispetto al valore tradizionale misurato con altri mezzi. L'esperimento di Randolph ha anche applicato la nuova tecnica al deuterio - un isotopo dell'idrogeno che ha un protone e un neutrone, noti collettivamente come deuterone - nel suo nucleo. Tuttavia, ci è voluto molto tempo per calcolare con precisione la dimensione del deuterone.
Nuovi esperimenti
Nuovi dati mostrano che il problema del raggio del protone persiste. Alcuni altri esperimenti nel laboratorio di Randolph Paul e altri sono già in corso. Alcuni usano la stessa tecnica dei muoni per misurare le dimensioni dei nuclei atomici più pesanti come l'elio. Altri misurano simultaneamente la dispersione di muoni ed elettroni. Paul sospetta che il colpevole potrebbe non essere il protone stesso, ma una misurazione errata della costante di Rydberg, un numero che descrive le lunghezze d'onda della luce emessa da un atomo eccitato. Ma questa costante è ben nota attraverso altri esperimenti di precisione.
Un' altra spiegazione propone nuove particelle che causano interazioni inaspettate tra un protone e un muone senza modificare il suo legame con l'elettrone. Questo potrebbe significare che il puzzle ci porta oltre il modello standard della fisica.particelle. "Se ad un certo punto in futuro qualcuno scoprirà qualcosa al di là del modello standard, sarà quello", dice Paul, con una prima piccola discrepanza, poi un altro e un altro, creando lentamente un cambiamento più monumentale. Qual è la vera dimensione di un protone? Nuovi risultati sfidano la teoria sottostante della fisica.
Calcolando l'influenza del raggio del protone sulla traiettoria di volo, i ricercatori sono stati in grado di stimare il raggio della particella protonica, che ammontava a 0,84184 femtometri. In precedenza, questo indicatore era compreso tra 0,8768 e 0,897 femtometri. Quando si considerano quantità così piccole, c'è sempre spazio per l'errore. Tuttavia, dopo 12 anni di scrupoloso sforzo, i membri del team sono fiduciosi nell'accuratezza delle loro misurazioni. La teoria potrebbe aver bisogno di qualche ritocco, ma qualunque sia la risposta, i fisici si gratteranno la testa a questo compito scoraggiante per molto tempo a venire.
