El nucli està format per protons, neutrons. En el model de Bohr, els electrons es mouen al voltant del nucli en òrbites circulars, com la Terra que gira al voltant del Sol. Els electrons es poden moure entre aquests nivells i, quan ho fan, absorbeixen un fotó o emeten un fotó. Quina és la mida d'un protó i què és?
El bloc de construcció principal de l'univers visible
El protó és el bloc bàsic de l'univers visible, però moltes de les seves propietats, com ara el seu radi de càrrega i el seu moment magnètic anòmal, no s'entenen bé. Què és un protó? És una partícula subatòmica amb càrrega elèctrica positiva. Fins fa poc, el protó es considerava la partícula més petita. Tanmateix, gràcies a les noves tecnologies, s'ha sabut que els protons inclouen elements encara més petits, partícules anomenades quarks, les veritables partícules fonamentals de la matèria. Un protó es pot formar com a resultat d'un neutró inestable.
Càrrec
Quina càrrega elèctrica té un protó? Ellté una càrrega de +1 càrrega elemental, que es denota amb la lletra "e" i va ser descoberta l'any 1874 per George Stoney. Mentre que el protó té una càrrega positiva (o 1e), l'electró té una càrrega negativa (-1 o -e), i el neutró no té cap càrrega i es pot denotar 0e. 1 càrrega elemental és igual a 1,602 × 10 -19 coulombs. Un coulomb és un tipus d'unitat de càrrega elèctrica i és l'equivalent a un ampere que es transporta de manera constant per segon.
Què és un protó?
Tot el que pots tocar i sentir està fet d'àtoms. La mida d'aquestes partícules minúscules dins del centre d'un àtom és molt petita. Encara que representen la major part del pes d'un àtom, encara són molt petits. De fet, si un àtom tingués la mida d'un camp de futbol, cadascun dels seus protons només tindria la mida d'una formiga. Els protons no s'han de limitar als nuclis dels àtoms. Quan els protons es troben fora dels nuclis atòmics, adquireixen propietats fascinants, estranyes i potencialment perilloses semblants a les dels neutrons en circumstàncies similars.
Però els protons tenen una propietat addicional. Com que porten una càrrega elèctrica, poden ser accelerades per camps elèctrics o magnètics. Els protons d' alta velocitat i els nuclis atòmics que els contenen s'alliberen en grans quantitats durant les erupcions solars. Les partícules són accelerades pel camp magnètic terrestre, provocant pertorbacions ionosfèriques conegudes com a tempestes geomagnètiques.
Nombre de protons, mida i massa
El nombre de protons fa que cada àtom sigui únic. Per exemple, l'oxigen en té vuit, l'hidrogen només un i l'or en té fins a 79. Aquest nombre és similar a la identitat de l'element. Podeu aprendre molt sobre un àtom només coneixent el nombre dels seus protons. Aquesta partícula subatòmica, que es troba al nucli de cada àtom, té una càrrega elèctrica positiva igual i oposada a l'electró de l'element. Si estigués aïllat, només tindria una massa d'uns 1,673-27 kg, una mica menys que la massa d'un neutró.
El nombre de protons del nucli d'un element s'anomena nombre atòmic. Aquest número dóna a cada element la seva identitat única. En els àtoms de qualsevol element concret, el nombre de protons dels nuclis és sempre el mateix. Un àtom d'hidrogen simple té un nucli, que només consta d'1 protó. Els nuclis de tots els altres elements gairebé sempre contenen neutrons a més de protons.
Quan gran és un protó?
Ningú ho sap amb certesa, i aquest és el problema. Els experiments van utilitzar àtoms d'hidrogen modificats per obtenir la mida del protó. És un misteri subatòmic amb grans implicacions. Sis anys després que els físics van anunciar que la mesura de la mida del protó era massa petita, els científics encara no estan segurs de la mida real. A mesura que apareixen més dades, el misteri s'aprofundeix.
Els protons són partícules dins del nucli dels àtoms. Durant molts anys, el radi del protó semblava estar fixat en uns 0,877 femtòmetres. Però el 2010, Randolph Paul de l'Institut de Quantumòptica ells. Max Planck a Garching, Alemanya, va rebre una resposta alarmant mitjançant una nova tècnica de mesurament.
L'equip va canviar la composició d'un protó i un electró d'un àtom d'hidrogen canviant un electró a una partícula més pesada anomenada muó. Després van substituir aquest àtom alterat per un làser. Mesurar el canvi resultant en els seus nivells d'energia els va permetre calcular la mida del seu nucli de protons. Per a la seva sorpresa, va sortir un 4% menys que el valor tradicional mesurat per altres mitjans. L'experiment de Randolph també va aplicar la nova tècnica al deuteri, un isòtop de l'hidrogen que té un protó i un neutró, coneguts col·lectivament com deuteró, al seu nucli. Tanmateix, va trigar molt de temps a calcular amb precisió la mida del deutero.
Nous experiments
Les dades noves mostren que el problema del radi de protons persisteix. Uns quants experiments més al laboratori de Randolph Paul i d' altres ja estan en marxa. Alguns utilitzen la mateixa tècnica de muons per mesurar la mida de nuclis atòmics més pesats com l'heli. Altres mesuren simultàniament la dispersió de muons i electrons. Paul sospita que el culpable potser no és el protó en si, sinó una mesura incorrecta de la constant de Rydberg, un nombre que descriu les longituds d'ona de la llum emesa per un àtom excitat. Però aquesta constant és ben coneguda a través d' altres experiments de precisió.
Una altra explicació proposa noves partícules que provoquen interaccions inesperades entre un protó i un muó sense canviar el seu enllaç amb l'electró. Això podria significar que el trencaclosques ens porta més enllà del model estàndard de la física.partícules. "Si en algun moment del futur algú descobreix alguna cosa més enllà del model estàndard, això serà", diu Paul, amb una primera petita discrepància, després una altra i una altra, creant lentament un canvi més monumental. Quina és la mida real d'un protó? Els nous resultats desafien la teoria subjacent de la física.
En calcular la influència del radi del protó en la trajectòria de vol, els investigadors van poder estimar el radi de la partícula de protons, que ascendia a 0,84184 femtòmetres. Anteriorment, aquest indicador es trobava entre 0,8768 i 0,897 femtòmetres. Quan es consideren quantitats tan petites, sempre hi ha marge per a errors. Tanmateix, després de 12 anys d'esforç minuciós, els membres de l'equip confien en la precisió de les seves mesures. Pot ser que la teoria necessiti uns retocs, però sigui quina sigui la resposta, els físics es rascaran el cap en aquesta tasca descoratjadora durant molt de temps.
