Масса протона
Некогда считалось, что самая мелкая единица строения любого вещества — это молекула. Затем, с изобретением более мощных микроскопов, человечество с удивлением открыло для себя понятие атома — составной частицы молекул. Казалось бы, куда меньше? Меж тем, еще позже выяснилось, что атом, в свою очередь, состоит из более мелких элементов.
В начала 20 века британский физик Резерфорд Эрнест открыл наличие в атоме ядер — центральных структур, именно этот момент обозначил начало череды бесконечных открытий, касающихся устройства мельчайшего структурного элемента вещества.
На сегодняшний день, основываясь на ядерной модели строения атомов и благодаря многочисленным исследованиям, известно, что атом состоит из ядра, которое окружено электронным облаком. В составе такого «облака» — электроны, или элементарные частицы с отрицательным зарядом. В состав ядра, наоборот, входят частицы с электрически положительным зарядом, получившие название протоны. Уже упомянутый выше британский физик смог наблюдать и впоследствии описать это явление. В 1919 году он проводил эксперимент, который заключался в том, что альфа-частицы выбивали ядра водорода из ядер других элементов. Таким образом, ему удалось выяснить и доказать, что протоны — не что иное, как ядро атома водорода без единственного электрона. В современной физике протоны обозначаются с помощью символа p или p+ (что обозначает положительный заряд).
Протон в переводе с греческого означает «первый, основной» — элементарная частица, относящаяся к классу барионов, т.е. относительно тяжелых элементарных частиц. Представляет собой стабильную структуру, время его жизни составляет более 2,9 х 10(29) лет.
Строго говоря, кроме протона, ядро атома содержит также и нейтроны, которые, исходя из названия, нейтрально заряжены. Оба этих элемента называют нуклонами.
Масса протона, в силу вполне очевидных обстоятельств, долгое время не могла быть измерена. Теперь же известно, что она составляет
mp=1,67262•10–27 кг.
Именно таким образом выглядит и масса покоя протона.
Перейдем к рассмотрению специфических для разных областей физики пониманий массы протона.
Масса частицы в рамках ядерной физики чаще принимает иной вид, единицей измерения ее является а.е.м.
А.е.м. — атомная единица массы. Одна а.е.м. равняется 1/12 массы атома углерода, массовое число которого равняется 12. Отсюда 1 атомная единица массы равна 1,66057·10–27 кг.
Масса протона, следовательно, выглядит следующим образом:
mp = 1,007276 а. е. м.
Существует еще один способ выразить массу этой положительно заряженной частицы, используя иные единицы измерения. Для этого сначала нужно принять как аксиому эквивалентность массы и энергии E=mc2. Где с — скорость света, а m — масса тела.
Масса протона в данной случае будет измеряться в мегаэлектронвольтах или МэВ. Такая единица измерения используется исключительно в ядерной и атомной физике и служит для измерения той энергии, что необходима для переноса частицы между двумя точками в электростатическом поле. С тем условием, что разница потенциалов между этими точками равна 1 Вольту.
Отсюда, учитывая, что 1 а.е.м. = 931,494829533852 МэВ, масса протона равна приблизительно
mp=938 МэВ.
Такой вывод был получен на основании масс-спектроскопических измерений, и именно массу в том виде, в котором она приведена выше, принято также называть и энергией покоя протона.
Таким образом, ориентируясь на потребности эксперимента, масса мельчайшей частицы может быть выражена тремя разными значениями, в трех разных единицах измерения.
Кроме того, масса протона может быть выражена относительно массы электрона, который, как известно, гораздо «тяжелее» положительно заряженной частицы. Равняться масса при грубом подсчете и значительных погрешностях в этом случае будет 1836,152 672 относительно массы электрона.