コンテンツ
プロトン質量を見つける3つの方法には、理論からの計算、原子モル質量からの計算、および電子との電荷/質量比較が含まれます。理論を使用して陽子の質量が「どうあるべきか」を見つけることは、その分野の専門家にとってのみ現実的です。電荷/質量およびモル質量の計算は、学部および中等学校レベルで行うことができます。
量子および相対性理論から陽子質量を導き出す。プロトンには内部構造があり、3つの粒子(クォーク)が引力(グルオン)によって結合されています。素朴な仮定では、各クォークに1/3の陽子質量が与えられます。陽子の質量の約95〜98パーセントは、クォークの質量によるものではありません。実際、ほとんどの陽子の質量は、クォーク間の相互作用エネルギーに由来しています。 「質量はエネルギーに由来する」というフレーズについて混乱がある場合は、「E = mc ^ 2」を思い出してください。
モル質量を知ることで計算します。 1ダースが6.022e23に相当し、1ダースが12に相当するか、1ペアが2に相当します。 1モルの水素原子(「H2」分子ではない)の重量が1.0079 gであると考えることができます。各水素原子には1つのプロトンが含まれているため、1モルのプロトンの重量は1.0079 gです。各モルは6.022e23単位に等しいので、6.022e23プロトンの重量は1.0079グラムであることがわかります。 1.0079 gをモル数(1.0079 / 6.022e23)で割ると、プロトン質量が1.6737e-24 gになります。
水素原子には、陽子の電荷を均衡させる電子があります。溶液に溶けているか、プラズマとして電子のない陽子は、水素原子とは大きく異なります。計算はそこで止まらないので、電子が存在しないふりをする物理的な不条理を無視できます。
「モル質量」の計算方法はどの要素でも実行できることに注意してください。ただし、エラーの原因は3つあります。まず、水素原子のプロトンは結合していません。他の要素では、陽子は中性子に結合します。核に結合したプロトンは、孤立したプロトンよりもエネルギーが少ないため、質量がわずかに小さくなります。第二に、電子数、およびそれらを無視した場合のエラーが加算され始めます。電子を考慮すると、全体の取り組みがより複雑になります。最後に、より重い元素は放射性です。崩壊経路、同位体の存在、半減期などを考慮してください。ここでも計算は可能ですが、必要以上に困難になります。
充電/質量比を使用します。この方法は、較正された電場および磁場に入る際の粒子の曲率を測定します。曲率の大きさは、電子質量と比較した陽子質量を示します。実験的なアイデアは、転がるボールの動きに影響を与えることに似ています。一定の機械的な力は、重いスイカ(プロトン)を直線的な移動から少しだけそらせます。同じ力で、軽いゴルフボール(電子)をより大きく偏向させます。