양성자의 질량을 계산하는 방법

원자는 일상 언어에서 모든 종류의 무관 한 방식으로 나타나는 신비한 것입니다. 화학 전문가가 아니더라도 원자에서 원자는 물질의 극히 작은 부분이고 모든 물질은 적어도 한 종류의 원자로 구성되어 있다는 것을 알고있을 것입니다.

화학과 물리학에서 형용사로서 "원자"는 문자로 원자라고 불리는 실체의 속성을 가리 킵니다. 캐주얼 한 맥락에서, 거의 전적으로 2 차 세계 대전의 사건 덕분에 "폭발적"이라는 뜻으로 오해의 소지가 있습니다.

의미론을 제쳐두고 원자는 흥미 롭습니다. 왜냐하면 실제로 얼마나 작은 지에도 불구하고 더 작은 것들로 구성되어 있기 때문입니다. 20 세기 말까지이 세 가지 주요 아 원자인지 여부는 확실하지 않았습니다. 입자 (양성자, 중성자 및 전자) 자체는 개별 구조로 분리 될 수 있습니다. 집단. 스포일러 경고: 가능합니다.

그만큼 양성자 여러 가지 이유로 물리학 자와 물리 화학자에게 큰 관심을 보입니다. 그것은 핵으로 알려진 두 개의 아 원자 구조 중 하나이며, 원자 중심에서 비슷한 크기의 동반자와 대조되는 양의 전하를 운반하는 구조입니다.

한편, 전자는 원자의 크기와 관련하여 핵에서 아주 작고 불가능한 거리에 있지만 양성자와의 힘 상호 작용도 경험합니다. 이러한 기본 엔터티의 다양한 특징에 대해 배울 준비를하십시오.

당신은 이미 원자에 대해 일반적으로 잘 알고 있을지 모르지만, 원자의 일부를 더 자세히 탐구하기 시작할 때 마음 앞에 본질적인 요소를 갖는 것은 결코 나쁜 생각이 아닙니다.

2020 년 현재 알려진 요소는 118 개 또는 개별 원자 "다양성"입니다. 각 원자는 1 개에서 118 개의 양성자를 가지고 있으며, 이는 원소 주기율표의 원자 번호이자 원소의 동일성을 결정하는 숫자이기도합니다. 수소 이외의 모든 원소에는 중성자, 질량이 양성자와 매우 가깝습니다. 중성자의 수는 양성자의 수와 같거나 가깝습니다. 동위 원소.

세 번째 종류의 아 원자 입자는 양성 자나 중성자 질량의 약 1 / 1,800에 불과하기 때문에 원자의 양성자와 중성자의 질량은 원자의 거의 모든 질량을 차지합니다.

그러나 입자는 전자 주기율표의 구성에 매우 중요합니다. 개별 요소에 결합 특성을 부여하는 입자, 즉 다른 요소에 연결 (또는 연결 실패)하는 방식 원자.

양성자와 중성자는 가장 무거운 원소에 대해 1 개에서 200 개 이상에 이르는 입자의 총 수와 함께 핵에 모여 있습니다. 흥미롭게도, 더 많은 양성자와 중성자가 추가 될 때 핵의 크기는 크게 증가하지 않지만 원자 전체는 증가합니다.

이것은 양성자와 수가 동일한 전자가 "확률 구름"에서 핵 바깥쪽에 있기 때문입니다. 에너지에 상응하고 핵이 거의 동일하게 유지 되더라도 원자 번호에 따라 크기가 커집니다. 크기.

양성자는 원자핵에 위치하며 개념적 목적을 위해 구형으로 생각할 수 있습니다. 중성자도 마찬가지입니다. 단순한 원자의 3 차원 모델을 만들려면 양성자와 중성자에 대해 색이 다르지만 크기가 같은 공을 선택할 수 있습니다.

양성자의 질량은 약 1.67 × 10입니다.^–27 킬로그램 (kg). 중성자의 것은 약 1.69 × 10으로 매우 약간 큽니다.^–27 kg이고 전자의 것은 9.11 × 10^–31 킬로그램. 또한 양성자의 질량은 편의상 1 원자 질량 단위 (amu)로 지정됩니다. 이 단위는 다른 아 원자 입자에도 사용됩니다. amu (원자 질량 단위)의 전자 질량은 0.00055입니다.

양성자의 전하는 다른 물리적 입자와 관련하여 "플러스 원"또는 +1이라고합니다. 한때 양성자 (및 전자)가 자연에서 할 수있는 가장 작은 전하 단위를 나타낸다고 믿었습니다. 있다. 이 값의 크기 (양성자에는 양수, 전자에는 음수이므로 이러한 입자가 정전기력에 의해 서로 끌리게 함)는 1.6 × 10–19 C입니다.

물리학 자와 화학자의 작업을 감사하기 위해 오랫동안 양성자가 있었다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 붕괴를 나타내는 것으로 간주되지 않음 (기본적으로 형성되면 "영원히"존재 함을 의미 함), 반감기가 약 10³² ~ 10³³ 연령. 우주 자체의 나이가 약 1.4 × 10이라고 생각하면¹⁰ 몇 년 동안, 양성자가 방사능으로 붕괴되는 것을 보는 것은 복권 수준의 위업이 될 것입니다!

양성자는 분량으로도 자체 구성 요소로 구성됩니다. 실제로 양성자와 중성자는 모두 쿼크 유형을 나타내는 세 개의 개별 입자로 구성됩니다 (곧 더 자세히 설명합니다). 양성자와 중성자는 3 개의 "위"쿼크와 "아래"쿼크의 조합으로 구성됩니다. 그러나 양성자가 +1 전하를 갖고 중성자가 중성이라면 어떻게 이것이 될 수 있습니까?

대답은 +1 "단위"또는 "기본"요금이 적어도 쿼크의 특수한 상황에서 나눌 수 있다는 사실에 있습니다. 양성자가 2 개의 up 쿼크와 1 개의 down quark로 구성되고 중성자가 1 개의 up quark와 2 개의 down quark로 구성된 경우, up quark에 + (2/3), down quark에-(2/3)의 전하를 할당하면 문제.

• 모두 알려진 6 가지 쿼크가 있습니다. 위, 아래, 위, 아래, 매력 과 이상한. (과학자들은 때때로 이상한 명명 규칙을 사용합니다).
  

양성자와 중성자가 고려됩니다. 바리온, 쿼크에서 함께 던져진 가장 무거운 종류의 입자입니다. 와 함께 중간자, 그들은로 알려진 입자 그룹에 속합니다. 하드론, 강력한 핵력 또는 양성자와 중성자를 함께 묶는 "접착제"의 영향을받습니다.

양성자를 구성하는 쿼크의 전하를 합하면 양성자의 총 전하가 +1이됩니다. 각운동량, "스핀"과 관련된 속성입니다.

양성자는 실제로 지구가 축을 중심으로 회전하는 것처럼 회전하지 않지만 "스핀"은 본질적인 또는 내장 된 각의 속성을 구상하는 좋은 방법입니다. 양성자의 운동량 (1/2로 주어짐). 주로 특정 아 원자를 구성하는 렙톤이라고하는 입자와 쿼크 간의 상호 작용에서 비롯됩니다. 입자.

양성자 스핀의 흥미로운 점은 물리학 자들이 잘못된 것에 대해 올바른 값 (1/2)에 도달했다는 것입니다. 하지만 21 세기에는 오랜 이론적 아이디어와 실험적 아이디어를 조화시킬 수있었습니다. 결과.

양성자의 질량은 이보다 작아야합니다. 개별 쿼크의 질량을 더하면 1.67 × 10의 측정 된 양성자 질량의 약 9 %에 불과합니다.^–27 킬로그램. 물질을 추가하지 않고 질량을 추가하는 것은 무엇입니까?

2018 년 한 그룹의 물리학 자들은 양자 색 역학 (quantum chromodynamics)이라는 수학적으로 복잡한 신흥 기술을 사용했습니다.QCD) 또는 더 구체적으로 격자 QCD, 비표준 수단을 사용하여 양성자의 질량을 결정합니다. 양성자 스핀과 마찬가지로 이러한 결과는 고무적이었으며 양성자의 질량이 "원래"되는 위치에 대한 통찰력을 제공했습니다.

• 아 원자 입자의 질량은 종종 전자 볼트, 또는 eV.