Η μάζα του πρωτονίου, η μάζα πρωτονίων, είναι 1,672 621 637 (83) x 10 -27 kg, ή 938.272013 (23) MeV / c2ή 1.007 276 466 77 (10) u (δηλαδή ενοποιημένες μονάδες ατομικής μάζας).
Οι πιο ακριβείς μετρήσεις της μάζας του πρωτονίου προέρχονται από πειράματα που περιλαμβάνουν παγίδες Penning, οι οποίες χρησιμοποιούνται για τη μελέτη των ιδιοτήτων των σταθερών φορτισμένων σωματιδίων. Βασικά, το υπό μελέτη σωματίδιο περιορίζεται από ένα συνδυασμό μαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων σε έναν εκκενωμένο θάλαμο, και η ταχύτητά του μειώνεται από μια ποικιλία τεχνικών, όπως η ψύξη με λέιζερ. Μόλις παγιδευτεί, η αναλογία μάζας προς φόρτιση ενός πρωτονίου, δευτερονίου (πυρήνας ατόμου δευτερίου), μορίου υδρογόνου με μοναδικό φορτίο, κ.λπ. μπορεί να μετρηθεί σε υψηλή ακρίβεια, και από αυτές εκτιμάται η μάζα του πρωτονίου.
Θα ήταν ωραίο εάν η πειραματικά παρατηρούμενη μάζα ενός πρωτονίου ήταν η ίδια με αυτή που προέκυψε από τη θεωρία. Αλλά πώς να υπολογίσουμε ποια είναι η μάζα ενός πρωτονίου, από τη θεωρία;
Η θεωρία είναι κβαντική χρωμοδυναμική, ή QCD για συντομία, και είναι το ισχυρό αντίθετο της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής (QED). Καθώς το πρωτόνιο αποτελείται από τρία κουάρκ - δύο πάνω και ένα κάτω - η μάζα του είναι η μάζα αυτών των κουάρκ και η μάζα της δεσμευτικής ενέργειας. Αυτός είναι ένας πολύ δύσκολος υπολογισμός που μπορεί να εκτελεστεί, εν μέρει επειδή υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους αλληλεπιδρούν τα κουάρκ και τα γλουόνια σε ένα πρωτόνιο, αλλά τα δημοσιευμένα αποτελέσματα συμφωνούν με το πείραμα σε ένα ή δύο τοις εκατό.
Πιο βασικά, το πρωτόνιο έχει μάζα λόγω του μποζονίου Higgs… τουλάχιστον, το κάνει σύμφωνα με το εξαιρετικά επιτυχημένο πρότυπο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων. Μόνο πρόβλημα είναι ότι το μποζόνιο Higgs δεν έχει ακόμη εντοπιστεί (το Large Hadron Collider κατασκευάστηκε με την εύρεση του μποζονιού Higgs ως βασικού στόχου!).
Θέλετε να μάθετε την «επίσημη» τιμή; Δείτε το CODATA. Και πώς συγκρίνεται η μάζα πρωτονίων με τη μάζα του αντι-πρωτονίου; Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε! Και πώς να προσδιορίσετε τη μάζα πρωτονίων από τις πρώτες (θεωρητικές) αρχές; Αυτό το άρθρο από το CNRS εξηγεί πώς.
Περισσότερα για να εξερευνήσετε, με ιστορίες Space Magazine: New Estimate for the Mass of the Higgs Boson, Are the Laws of Nature the Same Everywhere in the Universe; and Forget Neutron Stars, Quark Stars Might be the Densest Bodies in the Universe are three good για να ξεκινήσετε.
Astronomy Cast επεισόδια Οι ισχυρές και αδύναμες πυρηνικές δυνάμεις, το μεγάλο Hadron Collider και η αναζήτηση για το Higgs Boson και το Inside the Atom θα σας δώσουν περισσότερη εικόνα για τη μάζα πρωτονίων. ρίξτε μια ματιά!
Πηγές:
Newton Ρωτήστε έναν επιστήμονα
Βικιπαίδεια
