陽子の質量を計算する方法

原子は不思議なものであり、日常の言葉ではあらゆる種類の無関係な方法で現れます。 化学の専門家でなくても、原子は物質の非常に小さな部分であり、すべての物質は少なくとも1種類の原子で構成されていることをおそらくご存知でしょう。

化学と物理学の形容詞としての「原子」は文字通りであり、原子と呼ばれる実体の特性を指します。 カジュアルな文脈では、ほとんど第二次世界大戦の出来事のおかげで、それは「爆発的」を意味し、誤解を招く恐れがあります。

セマンティクスはさておき、原子は実際にはどれほど小さいにもかかわらず、さらに小さなもの（亜原子粒子と呼ばれることもあります）で構成されているため、興味深いものです。 20世紀後半まで、これらの3つの主要な素粒子かどうかは確かに不明でした。 粒子（陽子、中性子、電子）自体を個別の構造に分離することができます 要素。 ネタバレ注意：できます。

ザ・ プロトン いくつかの理由から、物理学者や物理化学者にとって非常に興味深いものです。 これは、核子として知られる2つの亜原子構造の1つであり、原子の中心にある同じサイズのコンパニオンとは対照的に、正の電荷を帯びているものです。

一方、電子は原子の大きさに対して原子核からは小さく、不可能なほど離れていますが、陽子との力の相互作用も経験します。 これらの基本的なエンティティのさまざまな特徴的な機能について学ぶ準備をしてください。

あなたはすでに原子全般に精通しているかもしれませんが、原子の一部をより詳細に調査し始めるときに、本質を頭の前に置くことは決して悪い考えではありません。

2020年の時点で、118の既知の元素、つまり原子の個々の「多様性」がありました。 各原子には1〜118個の陽子があります。これは、元素の周期表の原子番号であり、元素のアイデンティティを決定する番号でもあります。 水素以外のすべての元素には、 中性子、陽子に非常に近い質量です。 中性子の数は陽子の数と同じかそれに近いものであり、これらの元素のバリエーションは次のように知られています。 同位体.

原子の陽子と中性子の質量は、原子の質量のほぼすべてを占めます。これは、第3の種類の亜原子粒子は、陽子または中性子の質量の約1 / 1,800しかないためです。

しかし、粒子は 電子 それはこれらの負に帯電した数と配置であるため、周期表の編成にとって非常に重要です 個々の要素に結合特性、つまり、他の要素に接続する（または接続に失敗する）方法を与える粒子 原子。

陽子と中性子は原子核に一緒に詰め込まれ、これらの粒子の総数は最も重い元素で1から200を超えます。 興味深いことに、陽子と中性子を追加しても原子核のサイズはそれほど大きくなりませんが、原子全体では大きくなります。

これは、陽子と同じ数の電子が「確率雲」の原子核のはるか外側にあるためです。 エネルギーに対応し、原子核が同じに近いままであっても、これらのサイズは原子番号とともに大きくなります サイズ。

陽子は原子核の中にあり、概念的な目的では球形と考えることができます。 中性子についても同じことが言えます。単純な原子の3次元モデルを作成する場合は、陽子と中性子に異なる色で同じサイズのボールを選択できます。

陽子の質量は約1.67×10です^–27 キログラム（kg）。 中性子のそれは非常にわずかに大きく、約1.69×10です^–27 kg、電子のそれは9.11×10です^–31 kg。 また、便宜上、陽子の質量には1原子質量単位（amu）が割り当てられています。 このユニットは、他の亜原子粒子にも使用されます。 amu（原子質量単位）での電子の質量は0.00055です。

陽子の電荷は、他の物理的粒子との関係で「プラスワン」または+1と呼ばれます。 陽子（および電子）は、自然界のあらゆるものができる最小の電荷単位であるとかつて信じられていました 持ってる。 この値の大きさ（陽子の場合は正、電子の場合は負であるため、これらの粒子は静電力によって互いに引き付けられます）は1.6×10–19Cです。

物理学者や化学者の仕事を評価するためだけに、長い間陽子があったことは注目に値します。 崩壊を示すとは見なされない（つまり、形成されると基本的に「永久に」存在する）、半減期は約 10³² 10まで³³ 年。 宇宙自体の年齢が約1.4×10であることを考えると¹⁰ 何年もの間、陽子が放射性崩壊するのを見るのは、宝くじレベルの偉業でしょう！

陽子は、それ自体が微細であると同時に、独自のビルディングブロックで構成されています。 実際、陽子と中性子はどちらも、クォークの種類を表す3つの個別の粒子で構成されています（詳細は後ほど説明します）。 陽子と中性子はどちらも、3つの「アップ」クォークと「ダウン」クォークの組み合わせで構成されています。 しかし、陽子が+1の電荷を持ち、中性子が中性である場合、これはどのようになりますか？

答えは、少なくともクォークの特別な状況では、結局のところ、+ 1の「単位」または「基本的な」電荷が分割可能であることが判明したという事実にあります。 プロトンが2つのアップクォークと1つのダウンクォークで構成され、中性子が1つのアップクォークと2つのダウンクォークで構成されている場合、+（2/3）の電荷をアップクォークに割り当て、–（2/3）をダウンクォークに割り当てます。 問題。

• 全部で6つのクォークが知られています： 上、下、上、下、魅力 そして 奇妙な。 （科学者は時々奇妙な命名規則を持っています）。
  

陽子と中性子が考慮されます バリオン、 クォークから一緒に投げられた最も重いクラスの粒子。 に加えて 中間子、それらはとして知られている粒子のグループに属しています ハドロン、 強い核力または陽子と中性子を一緒に保持する「接着剤」の影響を受けます。

陽子を構成するクォークの電荷を合計すると、陽子の総電荷は+1になりますが、それはそれほど単純ではありません。 角運動量、「スピン」に関連するプロパティ。

陽子は、地球がその軸の周りを回転するように実際には回転しませんが、「スピン」は、固有の、または組み込みの角の特性を想像するための良い方法です。 陽子の運動量（値1/2が与えられた場合）。これは主に、クォークと、特定の亜原子を構成するレプトンと呼ばれる粒子との間の相互作用に由来します。 粒子。

陽子スピンの興味深い点は、物理学者が間違った値（1/2）に到達したことです。 理由はありますが、21世紀には、長年の理論的アイデアと実験的アイデアを調和させることができました。 結果。

陽子の質量はそれよりも小さくなければなりません。 個々のクォークの質量を合計すると、測定された陽子の質量1.67×10の約9パーセントの結果しか得られません。^–27 kg。 物質を追加せずに質量を追加するにはどうすればよいですか？

2018年、物理学者のグループは、量子色力学と呼ばれる新しい数学的に複雑な手法を使用しました（QCD）、またはより具体的に 格子QCD、非標準的な手段を使用して陽子の質量を決定します。 陽子スピンと同様に、これらの結果は有望であり、陽子の質量が「どこから来るのか」についての洞察を提供しました。

• 亜原子粒子の質量は、多くの場合、 電子ボルト、またはeV。