Маса протона

Колись вважалося, що найдрібніша одиниця будови будь-якої речовини - це молекула. Потім, з винаходом більш потужних мікроскопів, людство з подивом відкрило для себе поняття атома - складовою частинки молекул. Здавалося б, куди менше? Між тим, ще пізніше з`ясувалося, що атом, в свою чергу, складається з більш дрібних елементів.

В початку 20 століття британський фізик Резерфорд Ернест відкрив наявність в атомі ядер - центральних структур, саме цей момент позначив початок низки нескінченних відкриттів, що стосуються пристрою найдрібнішого структурного елементу речовини.

На сьогоднішній день, грунтуючись на ядерній моделі будови атомів і завдяки численним дослідженням, відомо, що атом складається з ядра, яке оточене електронним хмарою. У складі такого "хмари" - електрони, або елементарні частинки з негативним зарядом. До складу ядра, навпаки, входять частинки з електрично позитивним зарядом, що отримали назву протони. Уже згаданий вище британський фізик зміг спостерігати і згодом описати це явище. У 1919 році він проводив експеримент, який полягав у тому, що альфа-частинки вибивали ядра водню з ядер інших елементів. Таким чином, йому вдалося з`ясувати і довести, що протони - не що інше, як ядро атома водню без єдиного електрона. У сучасній фізиці протони позначаються за допомогою символу p або p + (що позначає позитивний заряд).

Протон в перекладі з грецького означає "перший, основний" - елементарна частинка, що відноситься до класу баріонів, тобто щодо важких елементарних частинок. Являє собою стабільну структуру, час його життя складає більше 2,9 х 10 (29) років.

Строго кажучи, крім протона, ядро атома містить також і нейтрони, які, виходячи з назви, нейтрально заряджені. Обидва ці елементи називають нуклонами.

Маса протона, в силу цілком очевидних обставин, довгий час не могла бути виміряна. Наразі ж відомо, що вона складає

mp = 1,67262 • 10-27 кг.

Саме таким чином виглядає і маса спокою протона.

Перейдемо до розгляду специфічних для різних областей фізики розумінь маси протона.

Маса частинки в рамках ядерної фізики частіше приймає інший вигляд, одиницею виміру її є а.е.м.

А.е.м. - Атомна одиниця маси. Одна а.е.м. дорівнює 1/12 маси атома вуглецю, масове число якого дорівнює 12. Звідси 1 атомна одиниця маси дорівнює 1,66057middot-10-27 кг.

Маса протона, отже, виглядає наступним чином:

mp = 1,007276 а. е. м.

Існує ще один спосіб висловити масу цієї позитивно зарядженої частинки, використовуючи інші одиниці виміру. Для цього спочатку потрібно прийняти як аксіому еквівалентність маси і енергії E = mc2. Де с - швидкість світла, а m - маса тіла.

Маса протона в даній випадку буде вимірюватися в мегаелектронвольт або МеВ. Така одиниця виміру використовується виключно в ядерної та атомної фізики і служить для вимірювання тієї енергії, що необхідна для перенесення частинки між двома точками в електростатичному полі. З тією умовою, що різниця потенціалів між цими точками дорівнює 1 Вольту.

Звідси, враховуючи, що 1 а.е.м. = 931,494829533852 МеВ, маса протона дорівнює приблизно

mp = 938 МеВ.

Такий висновок був отриманий на підставі мас-спектроскопічних вимірювань, і саме масу в тому вигляді, в якому вона приведена вище, прийнято також називати і еНерген спокою протона.

Таким чином, орієнтуючись на потреби експерименту, маса найдрібнішої частинки може бути виражена трьома різними значеннями, в трьох різних одиницях виміру.

Крім того, маса протона може бути виражена відносно маси електрона, який, як відомо, набагато "важче" позитивно зарядженої частинки. Дорівнювати маса при грубому підрахунку і значних погрішності в цьому випадку буде 1836,152 672 щодо маси електрона.