سلسلة الذرة ومُكوناتها – الحلقة الثانية
البروتون
تحدثنا في المقال السابق عن الذرة تفصيلًا ومُكوناتها إجمالًا، ومن هذه المُكونات هو البروتون، وقد تحدثنا عنه قليلًا؛ حسنًا، الأن سنعرف أكثر عن البروتون.
تكونت كل هذه البروتونات الموجودة في الكون بعد الإنفجار الكوني الذي تسبب في تكوين العناصر، في البداية لم يكن هناك مادة، فقط الكثير من الطاقة المنطلقة لتصدم كل شيء على هيئة فوتونات (ضوء) وعلى هيئة أجسام صغيرة كالبروتونات تُسمى بوزونات، هذه البوزونات تحتوي على أطنان من الطاقة والعديد منها انشطر إلى بروتونات وبرتونات مضادة صغيرة، هذه البروتونات والبروتونات الأصغر تفقد الطاقة فتتحد من جديد لِتُكَون البوزونات، ولكن بعض هذه البروتونات الصغيرة يُفقد في كل مكان، حيث أن كل كتلة الكون أتت من هذه الأجسام التي اُفْتقدت وانتشرت.
البروتونات تتكون من جسيمات غير مرئية أصغر تُسمى بالكواركات، كل بروتون يحتوي على ثلاث كواركات، اثنين لأعلى وواحد لِأسفل، تربط القوة الموجودة بالنواة هذه الكواركات معًا. مُعظم كتلة البروتونات تأتي من هذه القوى وليس من الكواركات.
لأن الإلكترون يحتوي على 2كوارك لأعلى وواحد فقط لأسفل فشحنته تكون موجبة، ولذلك فإن البروتونات في الذرة تتنافر لأن لها نفس الشحنة الموجبة، وهم في حاجة إلى النيوترونات لكي يقتربوا من بعضهم البعض، فالنيوترونات تساعد البروتونات في الإلتصاق ببعضهم عن طريق القوة النووية الموجودة بالذرة.
البروتون هو المُكون الأوَّلِي لهذا الكون، ولكن معظم خصائصه – مثل نصف قطر شحنته (حجمه) وعزمه المغناطيسي الشاذ – غير مفهومة، تم حساب نصف قطر شحنته rp بدقة 2% (كحد أقصى) عن طريق تجارب تشتيت الإلكترون والبروتون، وهذه القيمة الأكثر دقة للـrp (rp = 0.8768(69) fm) تم الحصول عليها من قِبَل مجموعة CODATA (لجنة البيانات للعلوم والتكنولوجيا) للثوابت الفيزيائية، هذه القيمة اعتمدت بشكل أساسي على المنظار الدقيق لتحليل طيف ذرة الهيدروجين وحسابات الدول المنضمة لديناميكا الكم الإلكترونية (QED التي بدأت عام 1947)، ولكن ظَل نصف قطر البروتون لغزًا إلى أن توصل العلماء لطريقتين لحل هذا اللغز، ليحصلوا على قيمة لنصف القطر تساوي 0.88 ± 0.01fm (أو 10 -5 )، الطريقة الأولى عن طريق حسابات مستويات الطاقة للبروتون بإستخدام منظار تحليل الطيف للهيدروجين (جهاز يستخدم لقياس مستويات الطاقة للذرة)، الطريقة الثانية عن طريق تجارب تشتيت الإلكترونات، حيث تتم بتوجيه شعاع من الإلكترونات نحو البروتون، والطريقة التي تتشتت بها الإلكترونات تُستخدم لقياس نصف القطر.
والآن سنتطرق إلى استقرار البروتون، تبدو البروتونات مستقرة بشكل كبير، لم نرى بروتونًا اضمحل من قبل، ولأنه لم يُلاحَظ من قبل أي اضمحلال تلقائي لأي بروتون حر، فلذلك يعتبر البروتون جُسيم مستقر، ولكن هناك بعض النظريات التي تتعلق بفيزياء الجزيئات تعتمد على اضطراب البروتونات، على عكس النيوترونات التي يمكن أن تضمحل إلى بروتونات أو إلكترونات.
بالرغم من أن البروتونات لها صلة بالإلكترونات التي تخالفها في الشحنة، ولكن يجب أن تَفقد سرعة كافية (وطاقة حركة) لكي تصبح مُرتبطة عن قرب ومُلزمة بالإلكترونات، حيث أن هذا تفاعل منخفض الطاقة تقريبًا؛ أثناء التفاعلات مع المادة العادية العابرة، تُفقد الطاقة عن طريق التصادمات مع النواة الذرية، وعن طريق تأين الذرات، حتى تتباطأ بما فيه الكفاية ليتم أسرها (الإلكترونات) بواسطة سحابة الإلكترونات للذرة العادية، ومع ذلك، في مثل هذا الإرتباط مع الإلكترون فإن خصائص البروتون لا تتغير ويبقى بروتون.
سنختتم مقالنا عن جسيم يدعى بالبروتون المضاد، وهو جسيم له نفس كتلة البروتون ولكن بشحنة كهربية سالبة وعزم مغناطيسي مخالف، هو الجسيم المضاد للبروتون، تم اكتشافه والتعارف عليه في عام 1955عن طريق إيميلو سيجري وأوين شامبرلين والذي حصلا على جائزة نوبل عام 1959 لإكتشافه.
سنتحدث في الحلقة القادمة عن جزء جديد مهم من مكونات الذرة بالتفصيل وهو الإلكترون.
| إعداد | Amira Esmail |
| مراجعة علمية | Esraa Adel |
المصادر:
