มวลโปรตอน

คำนิยาม

โปรตอนเรียกว่าอนุภาคเสถียรที่อยู่ในกลุ่มฮาดรอนซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน

นักวิทยาศาสตร์ไม่เห็นด้วยกับเหตุการณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ควรพิจารณาในการค้นพบโปรตอน มีบทบาทสำคัญในการค้นพบโปรตอนโดย:

การสร้างแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมโดยอี. รัทเธอร์ฟอร์ด;
การค้นพบไอโซโทปโดย F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
การสังเกตพฤติกรรมของนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนเมื่อถูกอนุภาคอัลฟาจากนิวเคลียสไนโตรเจนโดยอี. รัทเธอร์ฟอร์ด

ภาพถ่ายแรกของรางโปรตอนได้มาจาก P. Blackett ในห้องเมฆขณะศึกษากระบวนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบโดยธรรมชาติ แบล็กเก็ตต์ศึกษากระบวนการจับอนุภาคแอลฟาด้วยนิวเคลียสไนโตรเจน ในกระบวนการนี้ โปรตอนถูกปล่อยออกมาและนิวเคลียสของไนโตรเจนถูกแปลงเป็นไอโซโทปของออกซิเจน

โปรตอนและนิวตรอนเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมด จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเป็นตัวกำหนดเลขอะตอมของธาตุในตารางธาตุ D.I. เมนเดเลเยฟ.

โปรตอนเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก ประจุของมันมีขนาดเท่ากันกับประจุเบื้องต้น ซึ่งก็คือค่าของประจุอิเล็กตรอน ประจุของโปรตอนมักแสดงเป็น ดังนั้นเราสามารถเขียนได้ว่า:

ปัจจุบันเชื่อกันว่าโปรตอนไม่ใช่อนุภาคมูลฐาน มีโครงสร้างที่ซับซ้อนและประกอบด้วยยูควาร์กสองตัวและดีควาร์กหนึ่งตัว ประจุไฟฟ้าของยูควาร์ก () เป็นบวกและมีค่าเท่ากับ

ประจุไฟฟ้าของ d-quark () เป็นลบและเท่ากับ:

ควาร์กเชื่อมโยงการแลกเปลี่ยนกลูออนซึ่งเป็นควอนตัมภาคสนาม โดยพวกมันทนทานต่อปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ความจริงที่ว่าโปรตอนมีจุดกระเจิงหลายจุดในโครงสร้างได้รับการยืนยันโดยการทดลองเกี่ยวกับการกระเจิงของอิเล็กตรอนด้วยโปรตอน

โปรตอนมีขนาดจำกัด ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังคงถกเถียงกันอยู่ ปัจจุบันโปรตอนแสดงเป็นเมฆซึ่งมีขอบเขตไม่ชัดเจน ขอบเขตดังกล่าวประกอบด้วยอนุภาคเสมือนที่เกิดขึ้นใหม่และทำลายล้างอยู่ตลอดเวลา แต่สำหรับปัญหาง่ายๆ ส่วนใหญ่ โปรตอนสามารถถือเป็นประจุแบบจุดได้ มวลที่เหลือของโปรตอน () มีค่าเท่ากับ:

มวลของโปรตอนมากกว่ามวลของอิเล็กตรอน 1836 เท่า

โปรตอนมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาพื้นฐานทั้งหมด: ปฏิกิริยาที่รุนแรงจะรวมโปรตอนและนิวตรอนเข้าด้วยกันเป็นนิวเคลียส อิเล็กตรอนและโปรตอนรวมตัวกันในอะตอมโดยใช้ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ เราสามารถอ้างอิงถึงการสลายตัวของบีตาของนิวตรอน (n):

โดยที่ p คือโปรตอน — อิเล็กตรอน; - แอนตินิวตริโน

ยังไม่ได้รับการสลายตัวของโปรตอน นี่เป็นหนึ่งในปัญหาฟิสิกส์ยุคใหม่ที่สำคัญ เนื่องจากการค้นพบนี้จะเป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจความสามัคคีของพลังแห่งธรรมชาติ

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย

นิวเคลียสของอะตอมโซเดียมถูกถล่มด้วยโปรตอน แรงผลักกันไฟฟ้าสถิตของโปรตอนจากนิวเคลียสของอะตอมเป็นเท่าใด ถ้าโปรตอนอยู่ในระยะไกล

m. พิจารณาว่าประจุของนิวเคลียสของอะตอมโซเดียมนั้นมากกว่าประจุของโปรตอน 11 เท่า อิทธิพลของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมโซเดียมสามารถละเลยได้

สารละลาย

เพื่อเป็นพื้นฐานในการแก้ปัญหา เราจะใช้กฎของคูลอมบ์ซึ่งสามารถเขียนสำหรับปัญหาของเราได้ (สมมติว่าอนุภาคมีลักษณะเหมือนจุด) ดังนี้

โดยที่ F คือแรงของปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตของอนุภาคที่มีประจุ Cl คือประจุโปรตอน - ประจุนิวเคลียสของอะตอมโซเดียม - ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของสุญญากาศ - ค่าคงที่ทางไฟฟ้า จากข้อมูลที่เรามี เราสามารถคำนวณแรงผลักที่ต้องการได้:

คำตอบ

เอ็น

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย

เมื่อพิจารณาแบบจำลองที่ง่ายที่สุดของอะตอมไฮโดรเจน เชื่อกันว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นวงโคจรเป็นวงกลมรอบโปรตอน (นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน) ความเร็วของอิเล็กตรอนจะเป็นเท่าใด ถ้ารัศมีวงโคจรของมันคือ m?

สารละลาย

ลองพิจารณาแรง (รูปที่ 1) ที่กระทำต่ออิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม นี่คือแรงดึงดูดจากโปรตอน ตามกฎของคูลอมบ์ เราเขียนว่าค่าของมันเท่ากับ ():

โดยที่ =— ประจุอิเล็กตรอน; - ประจุโปรตอน - ค่าคงที่ทางไฟฟ้า แรงดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนกับโปรตอน ณ จุดใดๆ ในวงโคจรของอิเล็กตรอนจะถูกส่งจากอิเล็กตรอนไปยังโปรตอนตามรัศมีของวงกลม

ครั้งหนึ่งเคยเชื่อกันว่าหน่วยโครงสร้างที่เล็กที่สุดของสารใด ๆ คือโมเลกุล จากนั้น ด้วยการประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้น มนุษยชาติต้องประหลาดใจเมื่อค้นพบแนวคิดเกี่ยวกับอะตอม ซึ่งเป็นอนุภาคประกอบกันของโมเลกุล มันจะดูน้อยลงไปไหม? ในขณะเดียวกันปรากฎในภายหลังว่าอะตอมนั้นประกอบด้วยองค์ประกอบที่เล็กกว่า

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษค้นพบการมีอยู่ของนิวเคลียสในอะตอม - โครงสร้างส่วนกลาง มันเป็นช่วงเวลาที่เป็นจุดเริ่มต้นของการค้นพบที่ไม่มีที่สิ้นสุดเกี่ยวกับโครงสร้างขององค์ประกอบโครงสร้างที่เล็กที่สุดของสสาร

ปัจจุบันนี้ จากแบบจำลองนิวเคลียร์และด้วยการศึกษาวิจัยจำนวนมาก เป็นที่รู้กันว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่ล้อมรอบด้วย เมฆอิเล็กตรอน“เมฆ” ดังกล่าวประกอบด้วยอิเล็กตรอนหรืออนุภาคมูลฐานที่มีประจุลบ ในทางกลับกัน นิวเคลียสรวมถึงอนุภาคที่มีประจุบวกทางไฟฟ้าที่เรียกว่า โปรตอนนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถสังเกตและอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ในเวลาต่อมา ในปี 1919 เขาได้ทำการทดลองโดยให้อนุภาคอัลฟาผลักนิวเคลียสของไฮโดรเจนออกจากนิวเคลียสของธาตุอื่นๆ ดังนั้นเขาจึงสามารถค้นพบและพิสูจน์ได้ว่าโปรตอนเป็นเพียงนิวเคลียสที่ไม่มีอิเล็กตรอนตัวเดียว ในฟิสิกส์สมัยใหม่ โปรตอนใช้สัญลักษณ์ p หรือ p+ (แสดงถึงประจุบวก)

โปรตอนแปลจากภาษากรีกแปลว่า "อันดับแรกหลัก" - อนุภาคมูลฐานที่อยู่ในชั้นเรียน แบริออน,เหล่านั้น. ค่อนข้างหนัก เป็นโครงสร้างที่มั่นคง อายุการใช้งานมากกว่า 2.9 x 10(29) ปี

หากพูดอย่างเคร่งครัด นอกจากโปรตอนแล้ว ยังมีนิวตรอนซึ่งมีประจุเป็นกลางตามชื่ออีกด้วย ธาตุทั้งสองนี้เรียกว่า นิวคลีออน

เนื่องจากสถานการณ์ที่ค่อนข้างชัดเจน จึงไม่สามารถวัดมวลของโปรตอนได้เป็นเวลานาน ตอนนี้ก็รู้แล้วว่ามันคือ

mp=1.67262∙10-27 กก.

นี่คือลักษณะของมวลที่เหลือของโปรตอน

ให้เราพิจารณาความเข้าใจเกี่ยวกับมวลโปรตอนที่เฉพาะเจาะจงต่อฟิสิกส์ในด้านต่างๆ กันต่อไป

มวลของอนุภาคภายในกรอบของฟิสิกส์นิวเคลียร์มักมีรูปแบบที่แตกต่างออกไป โดยมีหน่วยวัดคือ อามู

เอม. - หน่วยมวลอะตอม อามุหนึ่ง เท่ากับ 1/12 ของมวลอะตอมคาร์บอน ซึ่งมีเลขมวลเท่ากับ 12 ดังนั้น 1 หน่วยมวลอะตอมจึงเท่ากับ 1.66057 10-27 กิโลกรัม

มวลของโปรตอนจึงมีลักษณะดังนี้:

MP = 1.007276 ก. กิน.

มีอีกวิธีหนึ่งในการแสดงมวลของอนุภาคที่มีประจุบวกนี้ โดยใช้หน่วยการวัดที่แตกต่างกัน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ คุณต้องยอมรับสัจพจน์ความเท่าเทียมกันของมวลและพลังงาน E=mc2 เป็นสัจพจน์ก่อน โดยที่ c - และ m คือมวลกาย

มวลโปรตอนในกรณีนี้จะวัดเป็นเมกะอิเล็กตรอนโวลต์หรือ MeV หน่วยการวัดนี้ใช้เฉพาะในฟิสิกส์นิวเคลียร์และอะตอมและทำหน้าที่วัดพลังงานที่จำเป็นในการถ่ายโอนอนุภาคระหว่างจุดสองจุดใน C โดยมีเงื่อนไขว่าความต่างศักย์ระหว่างจุดเหล่านี้คือ 1 โวลต์

ดังนั้นให้คำนึงถึงว่าเวลาตี 1 = 931.494829533852 MeV, มวลโปรตอนมีค่าประมาณ

ข้อสรุปนี้ได้มาบนพื้นฐานของการวัดแมสสเปกโทรสโกปี และมันคือมวลในรูปแบบที่ระบุไว้ข้างต้นซึ่งเรียกอีกอย่างว่า e พลังงานนิ่งของโปรตอน.

ดังนั้น ตามความต้องการของการทดลอง มวลของอนุภาคที่เล็กที่สุดสามารถแสดงเป็นค่าที่แตกต่างกันสามค่าในหน่วยการวัดที่แตกต่างกันสามหน่วย

นอกจากนี้ มวลของโปรตอนสามารถแสดงโดยสัมพันธ์กับมวลของอิเล็กตรอน ซึ่งดังที่ทราบกันดีว่า "หนัก" มากกว่าอนุภาคที่มีประจุบวกมาก มวลซึ่งมีการคำนวณคร่าวๆ และมีข้อผิดพลาดที่สำคัญในกรณีนี้ จะเป็น 1836.152672 เทียบกับมวลของอิเล็กตรอน

โปรตอนมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลักที่สร้างโดยดวงดาว โดยเฉพาะปฏิกิริยา หน้า- วงจรซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดพลังงานเกือบทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ ลงมาจนถึงการรวมกันของโปรตอนสี่ตัวกลายเป็นนิวเคลียสฮีเลียม-4 พร้อมกับการเปลี่ยนโปรตอนสองตัวเป็นนิวตรอน

ในวิชาฟิสิกส์ จะใช้แทนโปรตอน พี(หรือ พี- การกำหนดทางเคมีของโปรตอน (ซึ่งถือเป็นไฮโดรเจนไอออนบวก) คือ H + การกำหนดทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์คือ HII

กำลังเปิด [ | ]

คุณสมบัติของโปรตอน[ | ]

อัตราส่วนของมวลโปรตอนและอิเล็กตรอน เท่ากับ 1836.152 673 89(17) โดยมีความแม่นยำ 0.002% เท่ากับค่า 6π 5 = 1836.118...

โครงสร้างภายในของโปรตอนได้รับการศึกษาเชิงทดลองครั้งแรกโดย R. Hofstadter โดยศึกษาการชนกันของลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูง (2 GeV) กับโปรตอน (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ 1961) โปรตอนประกอบด้วยแกนกลางหนัก (แกนกลาง) มีรัศมีเซนติเมตร มีความหนาแน่นของมวลและประจุสูง บรรทุก อยู่ที่ 35% (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 35\%)ประจุไฟฟ้าของโปรตอนและเปลือกที่ค่อนข้างทำให้บริสุทธิ์ที่อยู่รอบๆ อยู่ห่างๆ. µ 0, 25 ⋅ 10 − 13 (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 0.25\cdot 10^(-13))ก่อน µ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 1.4\cdot 10^(-13))ซม. เปลือกนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วย ρ - และ π - มีซอนเสมือนที่บรรทุกอยู่ อยู่ที่ 50% (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 50\%)ประจุไฟฟ้าของโปรตอนจึงไปไกล µ 2, 5 ⋅ 10 − 13 (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 2.5\cdot 10^(-13)) cm ขยายเปลือกของ ω - และ π - มีซอนเสมือนออกไป โดยมีประจุประมาณ 15% ของประจุไฟฟ้าของโปรตอน

ความดันที่ศูนย์กลางของโปรตอนที่สร้างโดยควาร์กมีค่าประมาณ 10 35 Pa (10 30 บรรยากาศ) ซึ่งสูงกว่าความดันภายในดาวนิวตรอน

โมเมนต์แม่เหล็กของโปรตอนวัดโดยการวัดอัตราส่วนของความถี่เรโซแนนซ์ของการเคลื่อนที่ก่อนหน้าของโมเมนต์แม่เหล็กของโปรตอนในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอกับความถี่ไซโคลตรอนของวงโคจรวงกลมของโปรตอนในสนามเดียวกัน

ปริมาณทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับโปรตอนมีมิติเป็นความยาวอยู่สามปริมาณ:

การวัดรัศมีโปรตอนโดยใช้อะตอมไฮโดรเจนธรรมดา ดำเนินการด้วยวิธีการต่างๆ ตั้งแต่ปี 1960 เป็นต้นมา นำไปสู่ผลลัพธ์ (CODATA -2014) 0.8751 ± 0.0061 เฟมโตมิเตอร์(1 เอฟเอ็ม = 10 −15 ม.) การทดลองครั้งแรกกับอะตอมไฮโดรเจนมิวออน (โดยที่อิเล็กตรอนถูกแทนที่ด้วยมิวออน) ให้ผลลัพธ์ที่น้อยกว่า 4% สำหรับรัศมีนี้: 0.84184 ± 0.00067 fm สาเหตุของความแตกต่างนี้ยังไม่ชัดเจน

สิ่งที่เรียกว่าโปรตอน ถาม w µ 1 − 4 บาป 2 θ Wซึ่งกำหนดการมีส่วนร่วมในการโต้ตอบที่อ่อนแอผ่านการแลกเปลี่ยน ซี 0 โบซอน (คล้ายกับวิธีที่ประจุไฟฟ้าของอนุภาคกำหนดการมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการแลกเปลี่ยนโฟตอน) คือ 0.0719 ± 0.0045 ตามการวัดการทดลองเกี่ยวกับการละเมิดความเท่าเทียมกันระหว่างการกระเจิงของอิเล็กตรอนโพลาไรซ์บนโปรตอน ค่าที่วัดได้มีความสอดคล้องกันภายในข้อผิดพลาดจากการทดลอง โดยมีการคาดการณ์ทางทฤษฎีของแบบจำลองมาตรฐาน (0.0708 ± 0.0003)

ความมั่นคง [ | ]

โปรตอนอิสระมีความเสถียร การศึกษาเชิงทดลองไม่ได้เผยให้เห็นสัญญาณของการสลายใดๆ ของมัน (ขีดจำกัดล่างของอายุการใช้งานคือ 2.9⋅10 29 ปีโดยไม่คำนึงถึงช่องการสลายตัว, 8.2⋅10 33 ปีสำหรับการสลายตัวเป็นโพซิตรอนและไพออนที่เป็นกลาง, 6.6⋅ 10 33 ปีสำหรับการสลายตัวเป็นมิวออนเชิงบวกและไพออนที่เป็นกลาง) เนื่องจากโปรตอนเป็นแบริออนที่เบาที่สุด ความเสถียรของโปรตอนจึงเป็นผลมาจากกฎการอนุรักษ์เลขแบริออน โปรตอนไม่สามารถสลายตัวเป็นอนุภาคที่เบากว่าได้ (เช่น กลายเป็นโพซิตรอนและนิวตริโน) โดยไม่ละเมิดกฎนี้ อย่างไรก็ตาม ส่วนขยายทางทฤษฎีหลายประการของกระบวนการทำนายแบบจำลองมาตรฐาน (ยังไม่ได้สังเกต) ที่จะส่งผลให้เกิดการไม่อนุรักษ์จำนวนแบริออน และด้วยเหตุนี้โปรตอนจึงสลายตัว

โปรตอนที่จับกันในนิวเคลียสของอะตอมสามารถจับอิเล็กตรอนจากเปลือกอิเล็กตรอน K-, L- หรือ M ของอะตอมได้ (เรียกว่า "การจับอิเล็กตรอน") โปรตอนของนิวเคลียสของอะตอมเมื่อดูดซับอิเล็กตรอนแล้วจะกลายเป็นนิวตรอนและปล่อยนิวตริโนพร้อมกัน: พี+อี - →+ν จ - “รู” ในชั้น K-, L- หรือ M ที่เกิดขึ้นจากการจับอิเล็กตรอนจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนจากชั้นอิเล็กตรอนที่อยู่ด้านบนของอะตอม โดยปล่อยรังสีเอกซ์ที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งสอดคล้องกับเลขอะตอม ซี− 1 และ/หรืออิเล็กตรอนของสว่าน รู้จักไอโซโทปมากกว่า 1,000 ไอโซโทปจาก 7
4 ถึง 262
105 สลายตัวโดยการจับอิเล็กตรอน เมื่อมีพลังงานการสลายตัวสูงเพียงพอ (ด้านบน 2ฉัน อี ซี 2 γ 1.022 เมกะโวลท์) ช่องการสลายตัวที่แข่งขันกันจะเปิดขึ้น - การสลายตัวของโพซิตรอน พี → +อี ++ν จ - ควรเน้นย้ำว่ากระบวนการเหล่านี้เป็นไปได้เฉพาะกับโปรตอนในนิวเคลียสบางตัวเท่านั้น โดยที่พลังงานที่หายไปนั้นถูกเติมเต็มโดยการเปลี่ยนนิวตรอนที่เกิดขึ้นไปเป็นเปลือกนิวเคลียร์ส่วนล่าง สำหรับโปรตอนอิสระสิ่งเหล่านั้นเป็นสิ่งต้องห้ามตามกฎหมายอนุรักษ์พลังงาน

แหล่งที่มาของโปรตอนในเคมี ได้แก่ แร่ธาตุ (ไนตริก ซัลฟิวริก ฟอสฟอริก และอื่นๆ) และกรดอินทรีย์ (ฟอร์มิก อะซิติก ออกซาลิก และอื่นๆ) ในสารละลายที่เป็นน้ำ กรดสามารถแยกตัวออกจากกันด้วยการกำจัดโปรตอน ทำให้เกิดไฮโดรเนียมไอออนบวก

ในเฟสก๊าซจะได้โปรตอนจากการแตกตัวเป็นไอออน - การกำจัดอิเล็กตรอนออกจากอะตอมไฮโดรเจน ศักยภาพไอออไนเซชันของอะตอมไฮโดรเจนที่ไม่ถูกกระตุ้นคือ 13.595 eV เมื่อโมเลกุลไฮโดรเจนถูกไอออนไนซ์โดยอิเล็กตรอนเร็วที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิห้อง โมเลกุลไฮโดรเจนไอออน (H 2 +) จะถูกสร้างขึ้นในขั้นต้น ซึ่งเป็นระบบทางกายภาพที่ประกอบด้วยโปรตอนสองตัวจับอยู่ด้วยกันที่ระยะห่าง 1.06 ด้วยอิเล็กตรอนหนึ่งตัว ตามที่พอลลิงกล่าวไว้ ความเสถียรของระบบดังกล่าวเกิดจากการสั่นพ้องของอิเล็กตรอนระหว่างโปรตอนสองตัวที่มี "ความถี่เรโซแนนซ์" เท่ากับ 7·10 14 วินาที −1 เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงหลายพันองศา องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ไฮโดรเจนไอออไนเซชันจะเปลี่ยนไปใช้โปรตอน - H +

แอปพลิเคชัน [ | ]

ลำแสงโปรตอนเร่งถูกนำมาใช้ในฟิสิกส์ทดลองของอนุภาคมูลฐาน (การศึกษากระบวนการกระเจิงและการผลิตลำแสงของอนุภาคอื่น ๆ) ในทางการแพทย์ (การบำบัดด้วยโปรตอนสำหรับโรคมะเร็ง)

ดูสิ่งนี้ด้วย [ | ]

หมายเหตุ [ | ]

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt ค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐาน --- รายการที่สมบูรณ์
ค่า CODATA: มวลโปรตอน
ค่า CODATA: มวลโปรตอนในตัวคุณ
อาเหม็ด ส.; และคณะ (2547) “ข้อจำกัดในการสลายตัวของนิวคลีออนผ่านโหมดที่มองไม่เห็นจากหอดูดาว Sudbury Neutrino” จดหมายทบทวนทางกายภาพ. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030- Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. ดอย:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
ค่า CODATA: พลังงานมวลโปรตอนเทียบเท่าในหน่วย MeV
ค่า CODATA: อัตราส่วนมวลโปรตอน-อิเล็กตรอน
, กับ. 67.
ฮอฟสตัดเตอร์ พี.โครงสร้างของนิวเคลียสและนิวคลีออน // Phys. - พ.ศ. 2506. - ต.81 ฉบับที่ 1. - หน้า 185-200. - ISSN - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
ชเชลคิน เค.ไอ.กระบวนการเสมือนจริงและโครงสร้างของนิวคลีออน // ฟิสิกส์ของไมโครเวิลด์ - ม.: Atomizdat, 2508. - หน้า 75
การกระเจิงแบบยืดหยุ่น ปฏิกิริยาต่อพ่วงและการสั่นพ้อง // อนุภาคพลังงานสูง พลังงานสูงในอวกาศและห้องปฏิบัติการ - M.: Nauka, 1965. - หน้า 132.

แม่เหล็กไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วง

กำลังเปิด

คุณสมบัติของโปรตอน

โครงสร้างภายในของโปรตอนได้รับการศึกษาเชิงทดลองครั้งแรกโดย R. Hofstadter โดยศึกษาการชนกันของลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูง (2 GeV) กับโปรตอน (รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ 1961) โปรตอนประกอบด้วยแกนกลางหนัก (แกนกลาง) มีรัศมีเซนติเมตร มีความหนาแน่นของมวลและประจุสูง บรรทุก อยู่ที่ 35% (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 35\,\%)ประจุไฟฟ้าของโปรตอนและเปลือกที่ค่อนข้างทำให้บริสุทธิ์ที่อยู่รอบๆ อยู่ห่างๆ. µ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 0(,)25\cdot 10^(-13))ก่อน µ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 1(,)4\cdot 10^(-13))ซม. เปลือกนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วย ρ - และ π - มีซอนเสมือนที่บรรทุกอยู่ อยู่ที่ 50% (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 50\,\%)ประจุไฟฟ้าของโปรตอนจึงไปไกล µ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\รูปแบบการแสดงผล \ประมาณ 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm ขยายเปลือกของ ω - และ π - มีซอนเสมือนออกไป โดยมีประจุประมาณ 15% ของประจุไฟฟ้าของโปรตอน

ประจุอ่อนของโปรตอนที่เรียกว่า ถาม w µ 1 − 4 บาป 2 θ Wซึ่งกำหนดการมีส่วนร่วมในการโต้ตอบที่อ่อนแอผ่านการแลกเปลี่ยน ซี 0 โบซอน (คล้ายกับวิธีที่ประจุไฟฟ้าของอนุภาคกำหนดการมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการแลกเปลี่ยนโฟตอน) คือ 0.0719 ± 0.0045 ตามการวัดการทดลองเกี่ยวกับการละเมิดความเท่าเทียมกันระหว่างการกระเจิงของอิเล็กตรอนโพลาไรซ์บนโปรตอน ค่าที่วัดได้มีความสอดคล้องกันภายในข้อผิดพลาดจากการทดลอง โดยมีการคาดการณ์ทางทฤษฎีของแบบจำลองมาตรฐาน (0.0708 ± 0.0003)

ความมั่นคง

แอปพลิเคชัน

ดูสิ่งนี้ด้วย

หมายเหตุ

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt ค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐาน --- รายการที่สมบูรณ์
ค่า CODATA: มวลโปรตอน
ค่า CODATA: มวลโปรตอนในตัวคุณ
อาเหม็ด ส.; และคณะ (2547) “ข้อจำกัดในการสลายตัวของนิวคลีออนผ่านโหมดที่มองไม่เห็นจากหอดูดาว Sudbury Neutrino” จดหมายทบทวนทางกายภาพ. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030- Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. ดอย:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
ค่า CODATA: พลังงานมวลโปรตอนเทียบเท่าในหน่วย MeV
ค่า CODATA: อัตราส่วนมวลโปรตอน-อิเล็กตรอน
, กับ. 67.
ฮอฟสตัดเตอร์ พี.โครงสร้างของนิวเคลียสและนิวคลีออน // Phys. - พ.ศ. 2506. - ต.81 ฉบับที่ 1. - หน้า 185-200. - ISSN - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
ชเชลคิน เค.ไอ.กระบวนการเสมือนจริงและโครงสร้างของนิวคลีออน // ฟิสิกส์ของไมโครเวิลด์ - ม.: Atomizdat, 2508. - หน้า 75
Zhdanov G.B.การกระเจิงแบบยืดหยุ่น ปฏิกิริยาต่อพ่วงและการสั่นพ้อง // อนุภาคพลังงานสูง พลังงานสูงในอวกาศและห้องปฏิบัติการ - M.: Nauka, 1965. - หน้า 132.
เบิร์กเคิร์ต วี.ดี., เอลูอาดริริ แอล., กิรอด เอฟ. เอ็กซ์.การกระจายแรงดันภายในโปรตอน // ธรรมชาติ - 2561. - พฤษภาคม (ฉบับที่ 557 ฉบับที่ 7705). - ป.396-399. - ดอย:10.1038/s41586-018-0060-z.
เบธ, จี., มอร์ริสัน เอฟ.ทฤษฎีเบื้องต้นของนิวเคลียส - อ: อิลลินอยส์ 2499 - หน้า 48

ไฮโดรเจนซึ่งเป็นธาตุที่มีโครงสร้างที่ง่ายที่สุด มีประจุบวกและมีอายุการใช้งานเกือบไม่จำกัด เป็นอนุภาคที่เสถียรที่สุดในจักรวาล โปรตอนที่เกิดจากบิ๊กแบงยังไม่สลายตัว มวลโปรตอนคือ 1.627*10-27 กก. หรือ 938.272 eV บ่อยครั้งที่ค่านี้แสดงเป็นอิเล็กตรอนโวลต์

โปรตอนถูกค้นพบโดย “บิดา” แห่งฟิสิกส์นิวเคลียร์ เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด เขาตั้งสมมติฐานว่านิวเคลียสของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดประกอบด้วยโปรตอน เนื่องจากมวลของพวกมันเกินกว่านิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนเป็นจำนวนเต็มเท่า รัทเทอร์ฟอร์ดทำการทดลองที่น่าสนใจ ในขณะนั้นได้มีการค้นพบกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติของธาตุบางชนิดแล้ว การใช้รังสีอัลฟ่า (อนุภาคอัลฟาเป็นนิวเคลียสฮีเลียมพลังงานสูง) นักวิทยาศาสตร์ฉายรังสีอะตอมไนโตรเจน จากปฏิสัมพันธ์นี้ อนุภาคจึงลอยออกมา รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอว่ามันคือโปรตอน การทดลองเพิ่มเติมในห้องฟองสบู่ของวิลสันยืนยันข้อสันนิษฐานของเขา ดังนั้นในปี 1913 จึงมีการค้นพบอนุภาคใหม่ แต่สมมติฐานของ Rutherford เกี่ยวกับองค์ประกอบของนิวเคลียสกลับกลายเป็นว่าไม่สามารถป้องกันได้

การค้นพบนิวตรอน

นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่พบข้อผิดพลาดในการคำนวณของเขาและตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาคอื่นที่เป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสและมีมวลเกือบเท่ากับโปรตอน จากการทดลองเขาไม่สามารถตรวจพบมันได้

สิ่งนี้ทำในปี 1932 โดย James Chadwick นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เขาทำการทดลองโดยระดมยิงอะตอมเบริลเลียมด้วยอนุภาคอัลฟ่าพลังงานสูง จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ อนุภาคจึงถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสเบริลเลียม ซึ่งต่อมาเรียกว่านิวตรอน สำหรับการค้นพบของเขา แชดวิกได้รับรางวัลโนเบลในอีกสามปีต่อมา

มวลของนิวตรอนแตกต่างจากมวลของโปรตอนเพียงเล็กน้อย (1.622 * 10-27 กก.) แต่อนุภาคนี้ไม่มีประจุ ในแง่นี้ มันเป็นกลางและในเวลาเดียวกันก็สามารถทำให้เกิดฟิชชันของนิวเคลียสหนักได้ เนื่องจากไม่มีประจุ นิวตรอนจึงสามารถผ่านสิ่งกีดขวางที่มีศักยภาพคูลอมบ์สูงและเจาะเข้าไปในโครงสร้างของนิวเคลียสได้อย่างง่ายดาย

โปรตอนและนิวตรอนมีคุณสมบัติควอนตัม (สามารถแสดงคุณสมบัติของอนุภาคและคลื่นได้) รังสีนิวตรอนใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ ความสามารถในการทะลุทะลวงสูงทำให้การแผ่รังสีนี้สามารถไอออนไนซ์เนื้องอกที่ฝังลึกและการก่อตัวของมะเร็งอื่นๆ และตรวจจับพวกมันได้ ในกรณีนี้พลังงานของอนุภาคค่อนข้างต่ำ

นิวตรอนเป็นอนุภาคที่ไม่เสถียรซึ่งแตกต่างจากโปรตอน อายุการใช้งานประมาณ 900 วินาที มันสลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนนิวตริโน

เป็นที่นิยมในหมวดหมู่: