Зарад пратона - базісная велічыня фізікі элементарных часціц

Калі вы знаёмыя з будовай атама, то напэўна ведаеце, што атам любога элемента складаецца з трох відаў элементарных часціц: пратонаў, электронаў, нейтронаў. Пратоны ў спалучэнні з нейтронах ўтвараюць атамная ядро хімічнага элемента. Бо зарад пратона станоўчы, атамная ядро заўсёды зараджана станоўча. Электрычны зарад атамнага ядра кампенсуецца навакольным яго воблакам іншых элементарных часціц. Адмоўна зараджаны электрон - гэта тая складнік атама, якая стабілізуе зарад пратона. У залежнасці ад таго, якая колькасць электронаў акружае атамная ядро, элемент можа быць альбо электрічным нейтральным (у выпадку роўнасці колькасці пратонаў і электронаў у атаме), альбо мець станоўчы ці адмоўны зарад (у выпадку недахопу ці лішку электронаў, адпаведна). Атам элемента, які нясе на сабе пэўны зарад, называецца іёнам.

Важна памятаць, што менавіта лікам пратонаў вызначаюцца ўласцівасці элементаў і іх становішча ў перыядычным табліцы ім. Д. І. Мендзялеева. Якія змяшчаюцца ў атамным ядры нейтроны не маюць зарада. З-за таго што масы нейтрона і пратона суадносныя і практычна роўныя адзін аднаму, а маса электрона нікчэмна малая ў параўнанні з імі (у 1836 разоў менш масы пратона), то лік нейтронаў у ядры атама адыгрывае вельмі важную ролю, а менавіта: вызначае стабільнасць сістэмы і хуткасць распаду радыеактыўных ядраў. Утрыманнем нейтронаў вызначаецца ізатоп (разнавіднасць) элемента.

Аднак з-за неадпаведнасці мас зараджаных часціц пратоны і электроны маюць розныя ўдзельныя зарады (гэтая велічыня вызначаецца стаўленнем зарада элементарнай часціцы да яе масе). З прычыны гэтага удзельная зарад пратона роўны 9,578756 (27) · 107 Кл / кг супраць -1,758820088 (39) · 1011 у электрона. З-за высокага значэння удзельнага зарада свабодныя пратоны не могуць існаваць у вадкіх асяроддзях: яны паддаюцца гідратацыі.

Маса і зарад пратона - гэта канкрэтныя велічыні, якія ўдалося ўстанавіць яшчэ ў пачатку мінулага стагоддзя. Хто ж з навукоўцаў здзейсніў гэта - адно з найвялікшых - адкрыццё дваццатага стагоддзя? Яшчэ ў 1913 годзе Радэрфорд, грунтуючыся на тым, што масы ўсіх вядомых хімічных элементаў больш масы атама вадароду ў цэлае колькасць разоў, выказаў здагадку, што ядро атама вадароду ўваходзіць у ядро атама любога элемента. Некалькі пазней Радэрфорд правёў вопыт, у якім вывучаў узаемадзеянне ядраў атама азоту з альфа-часціцамі. У выніку праведзенага эксперыменту з ядра атама вылецела часціца, якую Радэрфорд назваў «пратон» (ад грэцкага слова «Протас» - першы) і выказаў здагадку, што яна і з'яўляецца ядром атама вадароду. Здагадка было даказана эксперыментальна падчас паўторнага правядзення гэтага навуковага вопыту ў камеры Вільсана.

Тым жа Резерфордом ў 1920 годзе было выказана гіпотэза пра існаванне ў атамным ядры часціцы, маса якой роўная масе пратона, але не апорнай на сабе ніякага электрычнага зарада. Аднак самому Рэзерфорда выявіць гэтую часціцу не ўдалося. Затое ў 1932 годзе яго вучань Чедвик эксперыментальна даказаў існаванне ў атамным ядры нейтрона - часціцы, як і прадказваў Радэрфорд, прыкладна роўнай па масе пратоны. Выявіць нейтроны было складаней, так як яны не маюць электрычнага зарада і, адпаведна, не ўступаюць ва ўзаемадзеянні з іншымі ядрамі. Адсутнасцю зарада тлумачыцца такое ўласцівасць нейтронаў як вельмі высокая пранікальная здольнасць.

Пратоны і нейтроны звязаны ў атамным ядры вельмі моцным узаемадзеяннем. Зараз фізікі сыходзяцца на думцы, што дзве гэтыя элементарныя ядзерныя часціцы вельмі падобныя адзін на аднаго. Так, яны маюць роўныя спіны, і ядзерныя сілы дзейнічаюць на іх абсалютна аднолькава. Адзінае адрозненне - зарад пратона дадатны, нейтрон ж наогул не мае зарада. Але так як электрычны зарад у ядзерных узаемадзеяннях не мае ніякага значэння, ён можа разглядацца толькі як нейкая пазнака пратона. Калі ж пазбавіць пратон электрычнага зарада, то ён страціць сваю індывідуальнасць.