Протон это в физике как найти

Была ли эта статья полезной?

Что такое протон?

   Протон (от лат. protos — первый) — элементарная частица, входящая в состав атомных ядер. Является одним из основных компонентов атомов и молекул. Имеют положительный электрический заряд и являются фундаментальными строительными блоками всех химических элементов.

Протоны имеют массу примерно 1,6726 × 10-27 кг и являются самыми легкими из всех элементарных частиц. Не является самостоятельным объектом в повседневной жизни, но является основой для всех живых организмов. В атоме каждый электрон имеет свой соответствующий протон, который является его противоположностью. Это означает, что если у атома есть электрон, то у него также есть и протон.

Протоны существуют в ядрах атомов, где они связаны с другими частицами, такими как нейтроны и электроны, образуя ядра атомов. В химии и физике протоны используются для определения массы и заряда атомных ядер.

Открытие протона

Это одно из важнейших событий в истории физики. Протон был открыт в 1919 году Эрнестом Резерфордом, который доказал, что атом состоит из ядра, окруженного электронами. Это открытие стало основой для создания квантовой механики и позволило понять, как работает атом.

Ученый предположил, что атом состоит из ядра, окруженного электронами, и что ядро должно содержать протоны и нейтроны. Он также предположил, что альфа-частицы, которые он использовал в своих экспериментах, могут быть использованы для изучения структуры атома.

В ходе своих экспериментов Резерфорд обнаружил, что альфа-частица, попадая на атом золота, может быть рассеяна на углы, превышающие 90 градусов. Это означало, что ядро атома было очень маленьким и имело положительный заряд.

Также обнаружил, что при столкновении альфа-частицы с ядром атома золота, ядро могло отклоняться на большие углы и терять часть своей энергии. Это открытие стало доказательством того, что ядро состоит из протонов.

В 1920 году Резерфорд получил Нобелевскую премию за свое открытие протона, которое стало одним из ключевых моментов в развитии ядерной физики и физики элементарных частиц.

Открытие протона привело к созданию новой области физики – ядерной физики, которая изучает структуру и свойства ядер атомов. Этот элемент считается фундаментальной частицей, так как все атомы состоят из протонов. Кроме того, является основной частью ядра атома, которое определяет его свойства, такие как заряд, масса и энергия.

Изучение свойств протона продолжается до сегодняшнего дня. Например, было обнаружено, что протон имеет магнитный момент, который обусловлен его спином. Также было установлено, что протон может взаимодействовать с другими частицами, такими как электроны и фотоны.

Структура протона

Протон — это элементарная частица, которая является основной единицей атомной массы. Он состоит из трех кварков, которые связаны вместе сильным ядерным взаимодействием.

Кварки состоят из двух типов:

• u-кварки,
• и d-кварки.

Каждый кварк имеет свой античастицу:

• d-антикварки
• u-антикварк соответственно.

Кварки и антикварки имеют одинаковый заряд, но противоположные ароматы.

Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, которые образуют барионное число B = 1. Антипротон состоит из античастиц u-антикара и d-антикарака.

Структура протона сложна и не полностью понятна. Однако, благодаря современным экспериментам и теориям, мы знаем, что кварки находятся внутри протонов и нейтронов, а также, что они связаны между собой сильным ядерным взаимодействием, которое обеспечивает стабильность ядра.

Существует несколько моделей, которые пытаются объяснить структуру протона. Одна из таких моделей — это модель кварковой-глюонной плазмы, которая предполагает, что протон состоит из трех кварков (верхнего, нижнего и среднего), связанных между собой глюонными силами.

Другая модель — это модель оболочечной модели, которая утверждает, что протон имеет структуру из электронных оболочек, которые окружают ядро, состоящее из кварков и глюонов.

Несмотря на то, что эти модели не могут точно описать структуру протона, они помогают понять его основные свойства и взаимодействие с другими частицами.

Физические свойства протонов

Заряд протона

Протон — это элементарная частица, которая является основным компонентом ядра атомов. Он имеет положительный заряд, равный единице, и массу, равную примерно 1,6726 × 10^-27 кг.

Заряд протона определяется его структурой и свойствами. Внутри протона находятся три кварка, которые удерживаются вместе сильным ядерным взаимодействием. Каждый кварк имеет заряд, равный одной трети заряда протона, то есть 1/3. Таким образом, суммарный заряд трех кварков внутри протона равен одной единице.

Важно отметить, что заряд протона является фундаментальной константой природы, которая не может быть изменена или изменена в результате каких-либо процессов. Протон является стабильной частицей и не распадается на другие частицы.

Масса протона

Масса протона — составляет примерно 1,6726 × 10^-27 кг. Это значение было установлено с высокой точностью благодаря измерениям в физике элементарных частиц и ядерной физике.

Определяется как масса частицы, которая не может быть разложена на более простые частицы. В рамках Стандартной модели физики элементарных частиц, масса протона является фундаментальной константой и не может быть изменена.

Однако, стоит отметить, что измерение массы протона не является точным на 100%, и существуют различные теории, которые пытаются объяснить, почему масса протона отличается от значения, которое было измерено экспериментально. Одна из таких теорий — это теория суперсимметрии, которая предполагает существование более тяжелых частиц, чем протоны, и уменьшение их массы до значения, близкого к измеренному.

Спин протона

Спин протона — это квантовое свойство, которое описывает вращение частицы вокруг своей оси. В квантовой механике спин протона имеет два возможных значения: +1/2 и -1/2.

Когда электрон вращается вокруг ядра атома, он создает магнитное поле, которое называется магнитным моментом электрона. Это поле взаимодействует с другими, такими как магнитное поле ядра атома.

Таким образом, спин протона влияет на движение электрона вокруг ядра, и это взаимодействие описывается теорией квантовой механики.

Существует два основных спиновых состояния протона:

• спин вверх (s = +1/2)
• и спин вниз (s = -1/2).

Эти состояния определяются тем, как протон вращается вокруг своей оси и как он взаимодействует с другими частицами.

Когда протон находится в состоянии спина вверх, он имеет положительный магнитный момент, а когда в состоянии спина вниз — отрицательный магнитный момент. Это означает, что протон имеет магнитный момент, который зависит от его спинового состояния.

Кроме того, спин протона может быть изменен в результате взаимодействия с другими частицами, такими как электроны или другие протоны. При этом протон переходит в другое спиновое состояние, что может привести к изменению его магнитного момента.

Таким образом, спин протона является важным свойством, которое определяет его свойства и взаимодействие с другими частицами в атомном мире.

Магнитный момент протона

Магнитный момент — это свойство атома или молекулы, которое определяется взаимодействием с зарядами внутри атома. В случае протона, магнитный момент обусловлен его спином, который представляет собой вращение электрона вокруг своей оси.

Магнитный момент протона можно рассчитать, используя формулу:

μ = gs * h / 2π,

• где μ — магнитный момент протона,
• gs — константа, которая зависит от спина электрона,
• h — постоянная Планка,
• 2π — число пи.

Значение магнитного момента протона составляет примерно 2,792847301(4) μN (Ньютон на метр), что является очень маленьким значением по сравнению с другими частицами. Это связано с тем, что протон состоит из одного электрона и одного кварка, и оба они имеют очень маленький магнитный момент.

Стабильность протона

Стабильность протона — это его способность сохранять свою массу и заряд при взаимодействии с другими частицами. Протон является одним из фундаментальных кирпичиков материи и обладает следующими свойствами:

1. Масса протона составляет примерно 1,6726231 × 10^-27 кг.

2. Протон имеет положительный заряд +1.

3. Протон стабилен и не распадается на другие частицы.

Протон обладает высокой стабильностью, так как он не распадается на другие частицы и не испытывает спонтанных превращений. Это означает, что протон имеет определенный период полураспада, который равен бесконечности для протона.

Однако, если протон находится в сильном ядерном поле, таком как ядро атома, то его стабильность может быть нарушена. В этом случае протон может распадаться на нейтрон и электронное антинейтрино или на два пи-мезона.

Таким образом, стабильность протона — это свойство, которое делает его важным компонентом атомных ядер и позволяет ему существовать в течение длительного времени.

Протоны и нейтроны

Протоны и нейтроны являются двумя основными частицами, из которых состоит атомное ядро. Протон — это элементарная частица, которая имеет положительный электрический заряд и массу, равную приблизительно 1,6726 × 10^-27 кг. Нейтрон — это нейтральная частица без электрического заряда, но с массой, равной массе протона.

В ядре атома протоны и нейтроны взаимодействуют друг с другом, образуя различные химические элементы и соединения. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, которые удерживаются вместе посредством сильного ядерного взаимодействия. Это взаимодействие является одним из четырех фундаментальных сил природы, наряду с гравитационным, электромагнитным и слабым ядерными взаимодействиями.

Протоны и нейтроны могут быть обнаружены в различных состояниях. Например, в ядре водорода, состоящем из одного протона, нейтроны отсутствуют. В ядре углерода, состоящем из шести протонов, может содержаться от 2 до 6 нейтронов. В более тяжелых ядрах количество протонов может быть больше, чем нейтронов, но в целом соотношение количества протонов к количеству нейтронов остается примерно постоянным для каждого элемента.

Важно отметить, что протоны и нейтроны не являются отдельными частицами, а скорее представляют собой различные состояния одной и той же частицы. Например, электрон может существовать как электрон (отрицательно заряженная частица) или как позитрон (положительно заряженная античастица). То же самое относится и к протонам и нейтронам.

Изучение свойств протонов и нейтронов имеет важное значение для понимания структуры и свойств атомных ядер, а также для исследования ядерной физики и космологии.

Протоны и электроны

Протоны и электроны являются двумя основными частицами, составляющими атомное ядро и электронную оболочку атома соответственно. Взаимодействие протонов и электронов происходит на атомном уровне и является основой многих физических и химических процессов в природе.

Протон, как и электрон, является элементарной частицей и имеет заряд, равный единице. Протон имеет массу, равную примерно 1,6726 × 10^-27 кг, и движется со скоростью около 2,19 × 10^5 м/с. Электрон, с другой стороны, имеет отрицательный заряд и массу, равную 9,10938 × 10^-31 кг.

При взаимодействии протона и электрона может происходить обмен частицами или передача энергии. Например, при столкновении протона с электроном, электрон может потерять энергию, превращаясь в позитрон (антиэлектрон), а протон может получить энергию, превратившись в нейтрон. Этот процесс называется аннигиляцией протона и антипротона.

Кроме того, протон и электрон могут взаимодействовать друг с другом через электромагнитное поле, создавая электромагнитные волны и излучение.

Таким образом, взаимодействие между протонами и электронами является сложным и многообразным, включающим электромагнитные и ядерные эффекты. Играет важную роль в различных областях физики и химии, таких как ядерная физика, астрофизика, химия и материаловедение.

Протоны, электроны и нейтроны

Протоны, нейтроны и электроны — это три основных компонента атомного ядра. Они взаимодействуют между собой различными способами, включая электромагнитное, слабое и сильное ядерное взаимодействия.

Протоны и нейтроны составляют ядро атома, а электроны находятся на внешней оболочке вокруг ядра. Протоны имеют положительный заряд и состоят из двух кварков, а нейтроны не имеют заряда и состоят из одного кварка. Электроны имеют отрицательный заряд и являются элементарными частицами.

Электромагнитное взаимодействие является основным типом взаимодействия между протонами и нейтронами. Оно происходит благодаря тому, что каждый протон и нейтрон имеют свой магнитный момент, который взаимодействует с магнитными моментами других частиц. Это приводит к образованию устойчивых атомных структур, таких как атомы и молекулы.

Сильное ядерное взаимодействие играет важную роль в формировании структуры ядра, а также в ядерных реакциях. Оно возникает между кварками и глюонами, которые являются частицами, составляющими протоны и нейтроны. Слабое ядерное взаимодействие отвечает за распад радиоактивных элементов путем испускания электронов, позитронов, нейтрино и антинейтрино.

В целом, взаимодействие между протонами, нейтронами и электронами является сложным и многообразным. Они взаимодействуют друг с другом, образуя устойчивые структуры и участвуя в различных ядерных реакциях и процессах.

Все эти частицы взаимодействуют друг с другом, образуя сложные системы и структуры. Например, при расщеплении атома на составные части, протоны, нейтроны и электроны взаимодействуют, создавая новые частицы и высвобождая энергию.

Квантовая теория протона

В квантовой теории протон описывается как квантовое состояние с определенным спином и изоспином.

Спин протона равен 1/2, что означает, что он имеет два возможных состояния: спин вверх и спин вниз. Эти состояния описываются волновой функцией, которая может быть записана в виде:

Ψ(r, θ, φ) = R(r)Y1/2(θ,φ)

• где R(r) — радиальная часть волновой функции,
• а Y1/2(θ, φ) — сферическая гармоника с изоспином 1/2.

Изоспин протона равен ½, что означает, что у него есть два возможных изоспиновых состояния: изоспин вверх и изоспин вниз. Эти изоспиновые состояния также описываются волновой функцией:

Φ(r, θ, φ) = I(r)Y½(θ,φ).

• где I(r) — изоспиновая часть волновой функции.

Таким образом, квантовая теория протона описывает его как квантовое состояние, которое может иметь два спина и два изоспина.

Квантовая механика утверждает, что протон не имеет определенного местоположения или импульса, а вместо этого он находится в состоянии суперпозиции, которое описывается волновой функцией.

Волновая функция описывает вероятность нахождения протона в определенном месте и момент времени. Она может быть представлена в виде функции, которая описывает амплитуду вероятности нахождения протона в определенной точке пространства, умноженную на экспоненциальный множитель, который описывает фазу волновой функции.

Квантовая теория протона также описывает взаимодействие протона с другими частицами и полями. Например, протон может взаимодействовать с электромагнитным полем, создавая электромагнитные волны. Также протон может взаимодействовать с другими протонами, образуя ядра атомов.

Таким образом, квантовая теория протона описывает сложное поведение протонов и их взаимодействие с другими частицами. Она является основой для многих научных исследований и технологических разработок.

Протон в ДНК и РНК

Протон (H+) — это элементарная частица, которая является одним из основных компонентов ДНК и РНК, играет важную роль в структуре этих молекул.

В ДНК протон является частью молекулы, которая состоит из двух нитей, называемых цепями. Каждая цепь состоит из нуклеотидов, которые содержат сахар, фосфат и азотистое основание. Азотистое основание может быть аденином (А), гуанином (G), цитозином (С) или тимином (T). Протон находится в сахаре нуклеотида.

РНК также состоит из двух цепей, но вместо нуклеотидов с азотистыми основаниями, Содержит рибозу, вместо дезоксирибозы, и урацил вместо тимина. Протон также находится в рибозе РНК.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это молекула, которая хранит генетическую информацию в виде цепочки нуклеотидов, состоящих из двух типов нуклеотидных оснований: аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) и тимина (T). Каждый нуклеотид содержит одно из этих четырех оснований и фосфатную группу, которая связывает его с другим нуклеотидом.

Протон находится в фосфатной группе нуклеотида, который входит в состав ДНК. Фосфатная группа состоит из остатков фосфорной кислоты, которые образуют фосфатные группы внутри молекулы ДНК. Протон, связанный с фосфатной группой, играет важную роль в поддержании структуры и стабильности молекулы.

РНК (рибонуклеиновая кислота) также содержит цепочку нуклеотидов с теми же четырьмя основаниями, что и в ДНК, но вместо тимина в РНК используется урацил (U). Как и в случае с ДНК, протон находится в фосфатной группе, связанной с нуклеотидами РНК.

Таким образом, протон является важной частью структуры ДНК и РНК, участвуя в их стабильности и поддержании их структуры.

Протоны в ДНК и РНК играют важную роль в процессе репликации, так как они обеспечивают стабильность и структуру молекулы. Протоны участвуют в формировании водородных связей между нуклеотидами в двойной спирали ДНК и одиночной нити РНК, что обеспечивает стабильность молекулы и ее способность к репликации. Кроме того, протоны участвуют в хранении и передаче генетической информации в клетке.

Применение протона — важный элемент жизни на Земле

Протон (от греч. proton — первый) — это элементарная частица, которая входит в состав всех атомов. В химии и физике протон обозначается символом H. На Земле протон является одним из ключевых элементов в жизни, так как он является основной составляющей всех живых организмов.

Протоны находятся в ядрах атомов, которые являются строительными блоками всех молекул и клеток живых организмов. В клетках большинства живых организмов протоны находятся в виде ядер атомов водорода, которые также называются молекулами воды или H2O. В некоторых клетках, например, в бактериях, протоны могут находиться в виде ионов, то есть заряженных частиц.

Значение протона для жизни на земле заключается в следующем:

• Протон является основным строительным блоком всех живых организмов на Земле. Протоны входят в состав молекул ДНК, РНК, белков и других важных соединений, которые необходимы для функционирования живых организмов.
• Участвует в процессе фотосинтеза, который является одним из ключевых процессов в экосистеме Земли. Фотосинтез позволяет растениям использовать солнечный свет для производства органических веществ, которые затем используются для питания других организмов.
• Протон играет важную роль в поддержании баланса между жизнью и смертью на планете. Например, при повреждении ДНК или других молекул, содержащих протоны, происходит процесс восстановления, который может привести к восстановлению функции клеток, органов и всего организма.
• Также участвует в образовании воды на Земле. Вода является ключевым элементом для всех процессов на планете, включая жизнь. Является частью молекулы воды и поэтому необходим для ее образования и поддержания.

Таким образом, протон играет ключевую роль в жизни на Земле и является важным компонентом для поддержания баланса между жизнью и смертью, а также для образования воды и других органических молекул.

Протон в метаболизме человека

Протон (H+) — это один из основных участников метаболизма в организме человека. Он играет важную роль в различных процессах, таких как:

• Образование и расщепление молекул. Участвуют в реакциях окисления и восстановления, которые необходимы для производства энергии в клетках.
• Регуляция pH крови и тканей. Могут изменять концентрацию ионов водорода в крови, что влияет на кислотно-щелочной баланс организма.
• Транспорт веществ. Помогают переносить ионы через клеточные мембраны, что необходимо для транспортировки питательных веществ и других соединений внутри клеток и между ними.
• Регуляция работы мышц. Играют важную роль в сокращении и расслаблении мышц, что позволяет им выполнять свою функцию.
• Участие в иммунных реакциях. Например, в защите от инфекций или аллергических реакциях.

Кроме того, протоны играют важную роль в регуляции активности ферментов. Многие ферменты являются протонофорами, т.е. они активируются при наличии протонов в активном центре. Например, фермент карбоангидраза активируется при наличии двух протонов в его активном центре, что позволяет ему связывать CO2 и образовывать угольную кислоту.

Таким образом, протоны являются важным компонентом метаболических реакций и играют ключевую роль в регулировании активности ферментов и синтезе органических молекул. Играет ключевую роль в поддержании гомеостаза организма.

Как найти протоны

Атом представляет собою как бы миниатюрную копию Солнечной системы. Только вместо Солнца в его центре расположено массивное ядро, а вместо планет вращаются элементарные частицы — электроны. Атом электрически нейтрален, поэтому суммарный отрицательный заряд электронов должен быть уравновешен суммарным положительным зарядом такой же величины. Это происходит, так как ядро состоит из других элементарных частиц – протонов и нейтронов. Каждый протон несет такой же по величине заряд, как электрон, только с противоположным знаком.

Инструкция

Допустим, вам по условиям задачи известен суммарный положительный заряд Q ядра атома. Чтобы узнать количество протонов N, надо всего лишь разделить Q на величину заряда протона qпр. (ее можно узнать в справочнике по физике или химии). То есть N = Q/qпр.

Найти количество протонов в ядре можно с помощью таблицы Менделеева. В этой таблице каждому элементу отведено конкретное строго определенное место в зависимости от его химических свойств. А химические свойства, в первую очередь, определяются строением атома элемента.

В каждой ячейке таблицы приведены необходимые сведения о химическом элементе, в том числе его порядковый номер. Вот он как раз соответствует количеству протонов в ядре атома элемента.

Посмотрите в таблицу. Элемент под номером 11 – щелочной металл натрий (Na). Следовательно, в каждом атоме натрия находятся 11 протонов. Или элемент под номером 23 – металл ванадий (V), проявляющий в своих соединениях не только основные, но и кислотные свойства. Исходя их порядкового номера, можно сделать вывод: в каждом атоме ванадия находится 23 протона.

Проведите своеобразную проверку. Известно, что атом электрически нейтрален. Но поскольку нейтроны вообще не несут зарядов, уравновесить суммарный положительный заряд протонов атома могут только электроны. Значит, в атоме натрия должно быть 11 электронов, а в атоме ванадия – 23. Проверьте, так ли это.

Снова возьмите таблицу Менделеева. В каждой ячейке приведены данные, показывающие, как заполнены электронные уровни атома этого элемента. У натрия: два электрона на первом уровне, восемь электронов на втором уровне и один на третьем (внешнем). В сумме одиннадцать электронов. У ванадия: два электрона на первом уровне, восемь – на втором, одиннадцать – на третьем и два – на четвертом (внешнем). В сумме двадцать три электрона. Суммарные заряды уравновешены, атомы электрически нейтральны.

Видео по теме

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Ядро состоит из протонов, нейтронов. В модели Бора электроны двигаются вокруг ядра по круговым орбитам, подобно Земле, вращающейся вокруг Солнца. Электроны могут переходить между этими уровнями, и когда они это делают, они либо поглощают фотон, либо испускают фотон. Каков размер протона и что это такое?

Главный строительный элемент видимой Вселенной

Протон является основным строительным блоком видимой Вселенной, но многие его свойства, такие как радиус заряда и его аномальный магнитный момент, не совсем понятны. Что такое протон? Это субатомная частица с положительным электрическим зарядом. До недавнего времени протон считался наименьшей частицей. Однако благодаря новым технологиям стал известен тот факт, что протоны включают в себя еще более маленькие элементы, частицы, называемые кварками, истинными фундаментальными частицами материи. Протон может образовываться в результате неустойчивого нейтрона.

Заряд

Каким электрическим зарядом обладает протон? Он имеет заряд +1 элементарного заряда, который обозначается буквой «e» и был открыт в 1874 году Джорджем Стоуни. В то время как протон имеет положительный заряд (или 1e), электрон имеет отрицательный заряд (-1 или -e), а нейтрон вовсе не имеет заряда и может обозначаться 0e. 1 элементарный заряд равен 1,602 × 10 ^-19 кулонов. Кулон представляет собой тип единицы электрического заряда и является эквивалентом одному амперу, который неуклонно транспортируется в расчете на одну секунду.

Что такое протон?

Все, чего вы можете коснуться и чувствовать, состоит из атомов. Размер этих крошечных частиц внутри центра атома очень маленький. Хотя они составляют большую часть веса атома, но они все же очень малы. Фактически, если бы атом был размером с футбольное поле, каждый из его протонов был бы только размером с муравья. Протоны не должны ограничиваться ядрами атомов. Когда протоны находятся за пределами атомных ядер, они приобретают увлекательные, причудливые и потенциально опасные свойства, аналогичные свойствам нейтронов в подобных обстоятельствах.

Но протоны обладают дополнительным свойством. Поскольку они несут электрический заряд, их можно ускорить электрическими или магнитными полями. Высокоскоростные протоны и атомные ядра, содержащие их, выделяются в больших количествах во время солнечных вспышек. Частицы ускоряются магнитным полем Земли, вызывая ионосферные возмущения, известные как геомагнитные бури.

Число протонов, размер и масса

Количество протонов делает каждый атом уникальным. Например, у кислорода их восемь, у водорода всего один, а у золота — целых 79. Это число похоже на тождество элемента. Вы можете многое узнать об атоме, просто зная число его протонов. Эта субатомная частица, найденная в ядре каждого атома, имеет положительный электрический заряд, равный и противоположный электрону элемента. Если бы он был изолирован, то имел бы массу всего около 1,673^-27 кг, чуть меньше массы нейтрона.

Число протонов в ядре элемента называется атомным номером. Это число дает каждому элементу свое уникальное тождество. В атомах какого-либо конкретного элемента число протонов в ядрах всегда одно и то же. Атом простого водорода имеет ядро, которое состоит всего из 1 протона. Ядра всех других элементов почти всегда содержат нейтроны в дополнение к протонам.

Насколько велик протон?

Никто этого точно не знает, и это проблема. В экспериментах использовались модифицированные атомы водорода, чтобы получить размер протона. Это субатомная тайна с большими последствиями. Спустя шесть лет после того, как физики объявили о слишком малом измерении размера протона, ученые все еще не уверены касательно истинного размера. С появлением новых данных тайна становится все более глубокой.

Протоны — частицы, находящиеся внутри ядра атомов. В течение многих лет радиус протона казался закрепленным на отметке примерно в 0,877 фемтометров. Но в 2010 году Рэндольф Пол из из Института квантовой оптики им. Макса Планка в Гархинге, Германия, получил тревожный ответ, используя новую методику измерения.

Команда изменила один протон, один электронный состав атома водорода, переключив электрон на более тяжелую частицу, называемую мюоном. Затем они заменили этот измененный атом лазером. Измерение полученного изменения их энергетических уровней позволило им рассчитать размер его протонного ядра. К их удивлению, он вышел на 4 % меньше, чем традиционное значение, измеряемое другими средствами. В эксперименте Рэндольфа также применили новую методику к дейтерию — изотопу водорода, имеющему один протон и один нейтрон, все вместе известный как дейтрон, — в его ядре. Однако точное вычисление размера дейтрона занимало много времени.

Новые эксперименты

Новые данные показывают, что проблема радиуса протонов не исчезает. Еще несколько экспериментов в лаборатории Рэндольфа Пола и других уже ведутся. Кто-то прибегает к той же технике мюона для измерения размера более тяжелых атомных ядер, таких как гелий. Другие одновременно измеряют рассеяние мюонов и электронов. Пол подозревает, что виновником может быть не сам протон, а неправильное измерение константы Ридберга, число, которое описывает длины волн света, испускаемого возбужденным атомом. Но эта константа хорошо известна благодаря другим прецизионным экспериментам.

В другом объяснении предлагаются новые частицы, которые вызывают неожиданные взаимодействия между протоном и мюоном, не меняя его связи с электроном. Это может означать, что головоломка выводит нас за рамки стандартной модели физики частиц. «Если в какой-то момент в будущем кто-то обнаружит что-то помимо стандартной модели, это будет так», — говорит Пол, с первым небольшим расхождением, затем с другим и другим, медленно создавая более монументальный сдвиг. Какой истинный размер протона? Новые результаты бросают вызов базовой теории физики.

Рассчитав влияние радиуса протона на траектории пролета, исследователи смогли оценить радиус частицы протона, который составил 0,84184 фемтометра. Ранее этот показатель был на отметке от 0,8768 до 0,897 фемтометра. При рассмотрении таких крошечных количеств всегда существует вероятность ошибки. Однако после 12 лет кропотливых усилий члены команды уверены в точности своих измерений. Теория может нуждаться в некоторой доработке, но каким бы ни был ответ, физики еще долго будут почесывать головы, решая эту сложную задачу.

Введённое нами понятие атома рассматривает его как систему, в которой положительно заряженное ядро (состоит из протонов и нейтронов) окружено вращающимися вокруг него электронами. Рассмотрим само ядро (рис. 1). Контуры ядра не настолько округлые, но всё же ядром можно назвать область пространства в условном геометрическом центре ядра, где сосредоточены протоны и нейтроны. Протон — положительно заряженная частица, нейтрон — нейтральная частица. Вместе их удерживают внутриядерные силы (лучше пока о них много не знать) и внеядерное присутствие отрицательно заряженных электронов.

Ядра различных веществ содержат различное количество протонов. Данный факт является основой для таблицы Менделеева. В данной таблице у водорода () — первый элемент таблицы, присутствует один протон, далее ядро гелия () — второй элемент, имеет два протона и так далее. При этом количество нейтронов в одном и том же веществе может быть разным.

Введём некоторые понятия ядерной физики:

Количество нуклонов — суммарное количество протонов и нейтронов.

Изотопы — ядра одного и того же вещества, имеющие одно и то же количество протонов, но разное количество нейтронов.

Для рассмотрения элементов в курсе ядерной физики вводят специальные обозначения (рис. 2). Рассмотрим гипотетический элемент . В предложенной форме записи число снизу указывает на количество протонов, а сверху — количество нуклонов (протонов+нейтронов).

Примеры:

Таким образом, исходя из таблицы Менделеева, можно сформировать внешний вид элемента (рис. 2) или, исходя из внешнего вида, определить сам элемент.

Исходя из введённых нами понятий и изображений, в ядерной физике школьного уровня выделяют три типа задач:

• задачи на уравнение радиоактивного распада
• задачи на ядерные реакции
• задачи, касающиеся энергии ядерных реакций