How big is Ядро гелію?

Ядро гелію — це центр атома гелію, що складається з двох протонів і двох нейтронів. Воно має в поперечнику приблизно 3,4 фемтометра. Цю величину отримують як подвоєний зарядовий радіус ядра — середній радіус його електричного заряду. Фемтометр — це мільйонна частка мільярдної частки метра (10⁻¹⁵ метра). Ядро гелію також називають альфа-частинкою.

Розмір

Ядро не має чіткого краю, тому його розмір подають як зарядовий радіус. Для ядра гелію рекомендоване значення, яке наводить Національний інститут стандартів і технологій США (NIST), становить 1,6785 фемтометра. Отже, ядро має в поперечнику 3,36 фемтометра.

Найточніше вимірювання провели на ядрах гелію, навколо яких замість двох електронів обертався один мюон. Мюон — це частинка, схожа на електрон, але приблизно у 200 разів важча. У 2021 році група, що працювала в Інституті Пауля Шеррера у Швейцарії, повідомила про результат 1,67824 фемтометра. Цей результат узгоджується з попередніми експериментами, в яких на ядра гелію спрямовували електрони, і є у 4,8 раза точнішим.

Ядро гелію незвично компактне. Воно навіть менше за ядро дейтерію, важкої форми водню, яке містить лише один протон і один нейтрон.

Порівняння розмірів

Ядро гелію приблизно вдвічі ширше за один протон, який має в поперечнику приблизно 1,7 фемтометра, і має приблизно вчетверо більшу масу.
Ядро урану містить приблизно у 60 разів більше протонів і нейтронів, ніж ядро гелію, але лише приблизно у 3,5 раза ширше.
Якби ядро гелію збільшили до розміру баскетбольного м’яча, атом водню в тому самому масштабі мав би в поперечнику близько 7,6 кілометра.
Приблизно 30 мільярдів ядер гелію, розташованих бік о бік, дорівнювали б за шириною людській волосині, яка завтовшки приблизно 0,1 міліметра.

Альфа-частинки

Багато важких радіоактивних атомів, зокрема три різновиди урану, що трапляються в природі, розпадаються, викидаючи ядро гелію. Це називають альфа-розпадом. Гелій надто легкий, щоб гравітація Землі втримувала його в атмосфері впродовж мільярдів років. Гелій у повітрі майже повністю походить від альфа-розпаду всередині твердої Землі.

Альфа-частинки були одними з перших інструментів ядерної фізики. У 1919 році Ернест Резерфорд обстрілював ними азот і вибивав протони з його ядер. У 1930 році альфа-частинки, спрямовані на метал берилій, викликали проникне випромінювання, яке, як показав у 1932 році Джеймс Чедвік, складається з нейтронів.

Названий на честь Сонця

Гелій знайшли на Сонці раніше, ніж на Землі. У 1868 році французький астроном П’єр Жансен виявив його у світлі Сонця під час сонячного затемнення. Англійський астроном Джозеф Норман Локьєр знайшов його незалежно і назвав за грецьким словом, що означає Сонце, — «геліос». У 1895 році шотландський хімік Вільям Рамзай знайшов гелій на Землі, в урановому мінералі клевеїті.