Протонды қалай табады: Ғылыми зерттеу әдістері
Бүгінгі физиканың ең күрделі, сонымен бірге қызықты салаларының бірі — атомның ішкі құрылымын зерттеу. Осы құрылымда протон маңызды рөл атқарады. Бұл кішкентай, бірақ қуатты бөлшексіз біз өмірдің негізін түсіне алмас едік. Бірақ, жалпы көпшілік арасында жиі қойылатын сұрақтардың бірі — “протонды қалай табады?” деген сауал. Бұл сұраққа жауап беру үшін алдымен оның не екенін, қайдан пайда болатынын және оны анықтау жолдарын қарастырайық.
Протон дегеніміз не?
Протон — атом ядросының құрамдас бөлігі, оң зарядталған субатомдық бөлшек. Ол нейтронмен бірге атомның орталығында орналасады, ал электрондар ядроның айналасында айналады.
Протонның массасы шамамен 1.67×10−271.67 \times 10^{-27}1.67×10−27 килограмм, бұл электроннан 1836 есе ауыр. Сонымен қатар, оның заряды оң және ол элементтің химиялық қасиеттерін анықтайтын негізгі факторлардың бірі.
Тарихқа көз жүгіртсек…
Протон алғаш рет 1917 жылы ағылшын физигі Эрнест Резерфордтың тәжірибелері арқылы ашылды. Ол азот атомдарын альфа-бөлшектермен атқылау арқылы сутегі ядросын бөлшектеу процесін байқаған. Бұл тәжірибеден кейін ол бұл бөлшекті «сутегі ядросы» немесе бүгінгіше айтқанда — протон деп атады.
Бұл жаңалық физика ғылымында үлкен төңкеріс жасады, өйткені бұл атомның ішкі құрылымын толық түсінуге алғашқы нақты қадам болды.
Протонды анықтау әдістері
Бүгінде ғалымдар протонды табу мен зерттеуде әртүрлі заманауи технологиялар мен әдістерді қолданады. Олардың кейбірін қарастырайық:
1. Үдеткіштер (Акселераторлар)
Үдеткіш құрылғылар — субатомдық бөлшектерді өте жоғары жылдамдықпен қозғалтуға мүмкіндік беретін құрылғылар. Осындай құрылғылардың көмегімен ғалымдар атом ядросын қақ айырып, оның ішіндегі протондарды зерттейді.
- CERN-дағы Үлкен Адрон Коллайдері (LHC) – әлемдегі ең қуатты бөлшек үдеткіші. Бұл жерде протондарды бір-бірімен соқтығыстырып, одан шыққан бөлшектерді тіркейтін үлкен детекторлар қолданылады.
- Мұндай соқтығыстар арқылы жаңа бөлшектерді ашуға, протон құрылымын түсінуге және тіпті ғаламның алғашқы сәттері туралы мәлімет алуға болады.
2. Бұрыштық шашырау (Scattering experiments)
Бұл әдіс бойынша жоғары энергиялы электрондар протонға бағытталады. Олар протонға соғылғанда, әртүрлі бұрыштарда шашырайды. Осы шашырау бұрыштарын талдау арқылы протонның:
- ішкі құрылымын;
- заряд үлестірілуін;
- және массалық тығыздығын анықтауға болады.
Бұл әдіс негізінде протонның күрделі ішкі құрылысы бар екені белгілі болды. Ол кварк деп аталатын ұсақ бөлшектерден тұрады.
3. Магниттік резонанс (NMR) және ядролық физика
Көптеген медицина және биология салаларында қолданылатын әдістер де протонмен тығыз байланысты. Мысалы:
- Ядролық магниттік резонанс (NMR) – бұл әдісте атом ядросындағы протондардың магнит өрісіне әсерін зерттейді. Осы арқылы заттың құрылымын анықтауға болады.
- Бұл әдіс көбіне молекулалық құрылымдарды зерттеуге, дәрі-дәрмектерді талдауға және т.б. кеңінен қолданылады.
Протонның табылуы – ғылыми жетістік қана емес
Протонды табу мен зерттеу тек қана физика саласына әсер еткен жоқ. Ол:
- Энергетика – Ядролық энергияны өндіруде маңызды рөл атқарады;
- Медицина – Протондық терапия қатерлі ісікті емдеуде қолданылады;
- Ғарышты зерттеу – Ғарыштық сәулелердің құрамын анықтау үшін протондар есепке алынады.
