นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอน นิวตรอน ในแบบจำลองของบอร์ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสในวงโคจรเป็นวงกลม เช่น โลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปมาระหว่างระดับเหล่านี้ได้ และเมื่อเคลื่อนที่ อิเล็กตรอนจะดูดซับโฟตอนหรือปล่อยโฟตอน โปรตอนมีขนาดเท่าใดและมีขนาดเท่าใด
สิ่งก่อสร้างหลักของจักรวาลที่มองเห็นได้
โปรตอนเป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของจักรวาลที่มองเห็นได้ แต่คุณสมบัติหลายอย่าง เช่น รัศมีประจุและโมเมนต์แม่เหล็กที่ผิดปกตินั้นยังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก โปรตอนคืออะไร? เป็นอนุภาคย่อยที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ โปรตอนถือเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด อย่างไรก็ตาม ด้วยเทคโนโลยีใหม่ ทำให้รู้ความจริงว่าโปรตอนรวมถึงองค์ประกอบที่เล็กกว่า อนุภาคที่เรียกว่าควาร์ก ซึ่งเป็นอนุภาคพื้นฐานที่แท้จริงของสสาร โปรตอนสามารถเกิดขึ้นได้จากนิวตรอนที่ไม่เสถียร
ชาร์จ
โปรตอนมีประจุไฟฟ้าอะไร? เขามีค่าใช้จ่าย +1 ค่าใช้จ่ายเบื้องต้นซึ่งเขียนแทนด้วยตัวอักษร "e" และถูกค้นพบในปี 1874 โดย George Stoney ในขณะที่โปรตอนมีประจุบวก (หรือ 1e) อิเล็กตรอนมีประจุลบ (-1 หรือ -e) และนิวตรอนไม่มีประจุเลยและสามารถแสดงเป็น 0e ได้ ค่าบริการประถม 1 ครั้ง เท่ากับ 1.602 × 10 -19 คูลอมบ์ คูลอมบ์เป็นหน่วยของประจุไฟฟ้าชนิดหนึ่งและมีค่าเท่ากับหนึ่งแอมแปร์ที่ขนส่งอย่างต่อเนื่องต่อวินาที
โปรตอนคืออะไร
ทุกสิ่งที่คุณสัมผัสได้คืออะตอม ขนาดของอนุภาคเล็กๆ เหล่านี้ภายในศูนย์กลางของอะตอมนั้นเล็กมาก แม้ว่าพวกมันจะมีน้ำหนักส่วนใหญ่ของอะตอม แต่ก็ยังเล็กมาก อันที่จริง ถ้าอะตอมมีขนาดเท่าสนามฟุตบอล โปรตอนแต่ละตัวจะมีขนาดเท่ามดเท่านั้น โปรตอนไม่ควรจำกัดอยู่ที่นิวเคลียสของอะตอม เมื่อโปรตอนอยู่นอกนิวเคลียสของอะตอม พวกมันจะมีสมบัติที่น่าสนใจ แปลกประหลาด และอาจเป็นอันตรายได้คล้ายกับของนิวตรอนในสถานการณ์ที่คล้ายคลึงกัน
แต่โปรตอนมีคุณสมบัติเพิ่มเติม เนื่องจากพวกมันมีประจุไฟฟ้าจึงสามารถเร่งความเร็วได้ด้วยสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก โปรตอนความเร็วสูงและนิวเคลียสของอะตอมที่มีพวกมันถูกปล่อยออกมาในปริมาณมากระหว่างเปลวสุริยะ อนุภาคถูกเร่งโดยสนามแม่เหล็กของโลก ทำให้เกิดการรบกวนของไอโอโนสเฟียร์ที่เรียกว่าพายุแม่เหล็กโลก
จำนวนโปรตอน ขนาดและมวล
จำนวนโปรตอนทำให้อะตอมแต่ละตัวไม่ซ้ำกัน ตัวอย่างเช่น ออกซิเจนมีแปดตัว ไฮโดรเจนมีหนึ่งตัว และทองมีมากถึง 79 ตัวเลขนี้คล้ายกับเอกลักษณ์ของธาตุ คุณสามารถเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับอะตอมเพียงแค่รู้จำนวนโปรตอนของมัน อนุภาคย่อยของอะตอมนี้ ซึ่งพบในนิวเคลียสของทุกอะตอม มีประจุไฟฟ้าบวกเท่ากับและตรงข้ามกับอิเล็กตรอนของธาตุ หากแยกออกจากกัน มันก็จะมีมวลเพียงประมาณ 1.673-27 kg น้อยกว่ามวลนิวตรอนเล็กน้อย
จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุเรียกว่าเลขอะตอม ตัวเลขนี้ทำให้แต่ละองค์ประกอบมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ในอะตอมของธาตุใดธาตุหนึ่ง จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสจะเท่ากันเสมอ อะตอมไฮโดรเจนอย่างง่ายมีนิวเคลียสซึ่งประกอบด้วยโปรตอนเพียง 1 ตัว นิวเคลียสของธาตุอื่นๆ เกือบทั้งหมดประกอบด้วยนิวตรอนนอกเหนือจากโปรตอน
โปรตอนใหญ่แค่ไหน
ไม่มีใครรู้แน่นอน นั่นแหละปัญหา การทดลองใช้อะตอมไฮโดรเจนดัดแปลงเพื่อให้ได้ขนาดของโปรตอน มันเป็นความลึกลับของอะตอมที่มีนัยสำคัญ หกปีหลังจากที่นักฟิสิกส์ประกาศว่าการวัดขนาดของโปรตอนนั้นเล็กเกินไป นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่แน่ใจเกี่ยวกับขนาดที่แท้จริง เมื่อมีข้อมูลมากขึ้น ความลึกลับก็ลึกซึ้งมากขึ้น
โปรตอนคืออนุภาคภายในนิวเคลียสของอะตอม หลายปีที่ผ่านมา รัศมีของโปรตอนดูเหมือนจะคงที่อยู่ที่ประมาณ 0.877 เฟมโตมิเตอร์ แต่ในปี 2010 Randolph Paul จากสถาบัน Quantumเลนส์พวกเขา Max Planck ในเมือง Garching ประเทศเยอรมนี ได้รับการตอบสนองที่น่าตกใจโดยใช้เทคนิคการวัดแบบใหม่
ทีมเปลี่ยนโปรตอนหนึ่งตัว หนึ่งองค์ประกอบอิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจนโดยเปลี่ยนอิเล็กตรอนให้เป็นอนุภาคที่หนักกว่าที่เรียกว่ามิวออน จากนั้นพวกเขาก็แทนที่อะตอมที่เปลี่ยนแปลงนี้ด้วยเลเซอร์ การวัดผลการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานทำให้สามารถคำนวณขนาดของนิวเคลียสโปรตอนได้ ที่น่าแปลกใจคือ มันออกมาน้อยกว่ามูลค่าดั้งเดิมที่วัดโดยวิธีอื่นถึง 4% การทดลองของแรนดอล์ฟยังใช้เทคนิคใหม่นี้กับดิวเทอเรียม ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนที่มีโปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนหนึ่งตัว ซึ่งเรียกรวมกันว่าดิวเทอรอนในนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม มันใช้เวลานานในการคำนวณขนาดของดิวเทอรอนอย่างแม่นยำ
การทดลองใหม่
ข้อมูลใหม่แสดงปัญหารัศมีโปรตอนยังคงมีอยู่ การทดลองอื่นๆ ในห้องปฏิบัติการของ Randolph Paul และคนอื่นๆ กำลังดำเนินการอยู่ บางคนใช้เทคนิคมิวออนแบบเดียวกันในการวัดขนาดของนิวเคลียสอะตอมที่หนักกว่าอย่างฮีเลียม อื่น ๆ พร้อมกันวัดการกระเจิงของมิวออนและอิเล็กตรอน Paul สงสัยว่าผู้กระทำผิดอาจไม่ใช่โปรตอน แต่เป็นการวัดค่าคงที่ Rydberg ที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งเป็นตัวเลขที่อธิบายความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมที่ถูกกระตุ้น แต่ค่าคงที่นี้เป็นที่รู้จักกันดีในการทดลองอื่นๆ ที่มีความแม่นยำ
คำอธิบายอื่นเสนออนุภาคใหม่ที่ทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่ไม่คาดคิดระหว่างโปรตอนและมิวออนโดยไม่เปลี่ยนพันธะกับอิเล็กตรอน นี่อาจหมายความว่าปริศนาพาเราไปไกลกว่าแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค “หากถึงจุดหนึ่งในอนาคต มีคนค้นพบบางสิ่งที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐาน มันก็จะเป็นเช่นนั้น” พอลกล่าวพร้อมกับความคลาดเคลื่อนเล็กๆ น้อยๆ ในครั้งแรก จากนั้นครั้งต่อๆ ไป ค่อยๆ สร้างการเปลี่ยนแปลงที่ยิ่งใหญ่ขึ้นอย่างช้าๆ ขนาดที่แท้จริงของโปรตอนคืออะไร? ผลลัพธ์ใหม่ท้าทายทฤษฎีพื้นฐานของฟิสิกส์
โดยการคำนวณอิทธิพลของรัศมีโปรตอนบนเส้นทางการบิน นักวิจัยสามารถประมาณรัศมีของอนุภาคโปรตอนได้ ซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.84184 เฟมโตมิเตอร์ ก่อนหน้านี้ ตัวบ่งชี้นี้อยู่ที่ประมาณ 0.8768 ถึง 0.897 femtometers เมื่อพิจารณาปริมาณเล็กน้อยดังกล่าว ย่อมมีที่ว่างสำหรับข้อผิดพลาดเสมอ อย่างไรก็ตาม หลังจากอุตสาหะอุตสาหะ 12 ปี สมาชิกในทีมมั่นใจในความถูกต้องของการวัด ทฤษฎีอาจต้องมีการปรับเปลี่ยนบ้าง แต่ไม่ว่าคำตอบจะเป็นอย่างไร นักฟิสิกส์คงจะปวดหัวกับงานที่น่ากลัวนี้ไปอีกนาน