Return to Scale View
About

How big is Proton?

1.68 femtómetros!

wiki.history wiki.report
Proton

Proton, her atomun merkezindeki çekirdekte bulunan, pozitif elektrik yüküne sahip bir parçacıktır. Protonun çapı yaklaşık 1,7 femtometredir ve yük yarıçapının iki katı olarak ölçülür; yük yarıçapı, elektrik yükünün ortalama yarıçapıdır. Bir femtometre, bir metrenin milyarda birinin milyonda biridir (10−15 metre).

Boyut

Protonun sert bir yüzeyi yoktur. Proton, kuark denen daha küçük üç parçacığın oluşturduğu bir buluttur: iki yukarı kuark ve bir aşağı kuark. Bu kuarkları güçlü kuvvet bir arada tutar. Bu kuvvet, protonları ve nötronları bir çekirdekte birbirine bağlayan kuvvetin aynısıdır. ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nün (NIST) listelediği, yük yarıçapı için önerilen değer 0,84075 femtometredir. Belirsizlik payı yüzde 1’den azdır.

Bunu ölçmenin iki ana yolu vardır. Biri elektronları protonlara fırlatır ve elektronların nasıl geri sektiğini kaydeder. Öbürü hidrojen atomlarının yaydığı ışığı ölçer; proton bir nokta olmadığı için bu atomların enerji düzeyleri çok az kayar.

Boyut karşılaştırmaları

  • Protonun çekirdekteki eşi olan bir nötron yaklaşık aynı büyüklüktedir. Aynı yöntemle, yani manyetizmalarının nasıl yayıldığına bakılarak ölçüldüğünde yarıçapları arasındaki fark yüzde 2’den azdır.
  • İki proton ve iki nötrondan oluşan bir helyum çekirdeği yaklaşık 3,4 femtometre çapındadır; bu, tek bir protonun çapının iki katıdır.
  • Bir proton ve çevresindeki bir elektrondan oluşan bir hidrojen atomu yaklaşık 0,1 nanometre çapındadır; bu, içindeki protonun çapının kabaca 60.000 katıdır. Bir nanometre, bir metrenin milyarda biridir.
  • Bir proton bir basketbol topu büyüklüğüne büyütülse, çevresindeki hidrojen atomu yaklaşık 15 kilometre çapında olurdu.
  • Yan yana dizilen yaklaşık 60 milyar proton, yaklaşık 0,1 milimetre olan insan saçının kalınlığını baştan başa kaplardı.

Proton yarıçapı bilmecesi

2010’dan önce her iki yöntem de yaklaşık 0,88 femtometrelik bir yarıçap veriyordu. O yıl, İsviçre’deki Paul Scherrer Enstitüsü’nden bir ekip, elektronun yerini bir müonun aldığı hidrojen atomlarını ölçtü. Müon elektrona benzer ama yaklaşık 200 kat daha ağırdır; bu yüzden protonun çok daha yakınında döner ve protonun büyüklüğüne çok daha duyarlıdır. Ekip 0,84184 femtometre buldu; bu, yaklaşık yüzde 4 daha küçük bir değerdir ve ölçüm hatasına bağlanamayacak kadar büyük bir farktır.

Fizikçiler bu uyumsuzluğa proton yarıçapı bilmecesi adını verdi ve bazıları bunun doğanın bilinmeyen bir kuvvetinin işareti olduğunu umdu. 2019’da ABD’nin Virginia eyaletindeki Jefferson Lab’de yürütülen PRad deneyi, yeni türden bir elektron saçılması ölçümünün 0,831 femtometre sonucunu verdiğini bildirdi; bu, daha küçük değerle uyumludur. 2026’da Almanya’daki Max Planck Kuantum Optiği Enstitüsü’nde sıradan hidrojen üzerine yapılan hassas bir çalışma da daha küçük değerle uyuştu ve çalışmanın yazarları bilmecenin çözüldüğünü söylüyor.

Her elementin yapı taşı

Bir çekirdekteki proton sayısı, atomun hangi element olduğunu belirler. Bir protonu olan her atom hidrojen, altı protonu olan her atom karbondur. Bir protonun kütlesi, bir elektronun kütlesinin 1.836 katıdır; bu yüzden çekirdekteki protonlar ve nötronlar bir atomun kütlesinin neredeyse tamamını taşır.

Kaynaklar

La Escala del Universo > Proton

wiki.discussion.title