Головна » Наука та освіта » Заряд протона - базисна величина фізики елементарних частинок

Заряд протона - базисна величина фізики елементарних частинок



Якщо ви знайомі з будовою атома, то напевно знаєте, що атом будь-якого елемента складається з трьох видів елементарних частинок: протонів, електронів, нейтронів. Протони в поєднанні з нейтронами утворюють атомне ядро хімічного елемента. Так як заряд протона позитивний, атомне ядро завжди заряджена позитивно. Електричний заряд атомного ядра компенсується оточуючим його хмарою інших елементарних частинок. Негативно заряджений електрон - це та складова атома, яка стабілізує заряд протона. Залежно від того, яка кількість електронів оточує атомне ядро, елемент може бути або електрично нейтральним (у разі рівності кількості протонів і електронів в атомі), або мати позитивний або негативний заряд (у разі нестачі або надлишку електронів, відповідно). Атом елемента, що несе на собі певний заряд, називається іоном.

Важливо пам'ятати, що саме числом протонів визначаються властивості елементів і їх положення в періодичній таблиці ім. Д. І. Менделєєва. Вміщені в атомному ядрі нейтрони не мають заряду. Через те що маси нейтрона і протона співставні і практично дорівнюють один одному, а маса електрона мізерно мала в порівнянні з ними (в 1836 разів менше маси протона), то число нейтронів в ядрі атома відіграє дуже важливу роль, а саме: визначає стабільність системи та швидкість розпаду радіоактивних ядер. Змістом нейтронів визначається ізотоп (різновид) елемента.

Однак через невідповідність мас заряджених частинок протони й електрони мають різні питомі заряди (ця величина визначається відношенням заряду елементарної частинки до її маси). Внаслідок цього питома заряд протона дорівнює 9578756 (27) · 107 Кл /кг проти -1758820088 (39) · 1011 у електрона. Через високого значення питомого заряду вільні протони не можуть існувати в рідких середовищах: вони піддаються гідратації.

Маса і заряд протона - це конкретні величини, які вдалося встановити ще на початку минулого сторіччя. Хто ж з учених здійснив це - одне з найбільших - відкриття двадцятого століття? Ще в 1913 році Резерфорд, грунтуючись на тому, що маси всіх відомих хімічних елементів більше маси атома водню в ціле число разів, припустив, що ядро атома водню входить в ядро атома будь-якого елемента. Дещо пізніше Резерфорд провів досвід, в якому вивчав взаємодію ядер атома азоту з альфа-частинками. У результаті проведеного експерименту з ядра атома вилетіла частка, яку Резерфорд назвав «протон» (від грецького слова «протос» - перший) і припустив, що вона і є ядром атома водню. Припущення було доведено експериментально в ході повторного проведення цього наукового досвіду в камері Вільсона.

Тим же Резерфордом в 1920 році було висловлена гіпотеза про існування в атомному ядрі частинки, маса якої дорівнює масі протона, але не несучої на собі ніякого електричного заряду. Однак самому Резерфорду виявити цю частку не вдалося. Зате в 1932 році його учень Чедвік експериментально довів існування в атомному ядрі нейтрона - частки, як і передбачав Резерфорд, приблизно рівною по масі протона. Виявити нейтрони було складніше, так як вони не мають електричного заряду і, відповідно, не вступають у взаємодії з іншими ядрами. Відсутністю заряду пояснюється така властивість нейтронів як дуже висока проникаюча здатність.

Протони і нейтрони пов'язані в атомному ядрі дуже сильним взаємодією. Зараз фізики сходяться на думці, що дві ці елементарні ядерні частинки дуже схожі один на одного. Так, вони мають рівні спини, і ядерні сили діють на них абсолютно однаково. Єдина відмінність - заряд протона позитивний, нейтрон ж взагалі не має заряду. Але так як електричний заряд в ядерних взаємодіях не має ніякого значення, він може розглядатися лише як якась мітка протона. Якщо ж позбавити протон електричного заряду, то він втратить свою індивідуальність.