How big is Heliuma kerno?

Heliuma kerno estas la centro de heliuma atomo kaj konsistas el du protonoj kaj du neŭtronoj. Ĝia diametro estas ĉirkaŭ 3,4 femtometroj; oni mezuras ĝin kiel la duoblon de ĝia ŝarga radiuso, la meza radiuso de ĝia elektra ŝargo. Femtometro estas milionono de miliardono de metro (10⁻¹⁵ metroj). Heliuma kerno nomiĝas ankaŭ alfa-partiklo.

Grando

Kerno ne havas malmolan randon, tial ĝia grando estas donita kiel ŝarga radiuso. Por la heliuma kerno la rekomendita valoro listigita de la usona Nacia Instituto pri Normoj kaj Teknologio (NIST) estas 1,6785 femtometroj. Tio donas diametron de 3,36 femtometroj.

La plej preciza mezuro uzis heliumajn kernojn, ĉirkaŭ kiuj orbitis unu sola muono anstataŭ du elektronoj. Muono estas partiklo simila al elektrono, sed ĉirkaŭ 200 fojojn pli peza. En 2021 teamo laboranta ĉe la Instituto Paul Scherrer en Svislando raportis rezulton de 1,67824 femtometroj. Tiu rezulto konsentas kun pli fruaj eksperimentoj, en kiuj oni pafis elektronojn al heliumaj kernoj, kaj estas 4,8 fojojn pli preciza ol tiuj eksperimentoj.

La heliuma kerno estas nekutime kompakta. Ĝi estas eĉ pli malgranda ol la kerno de deŭterio, peza formo de hidrogeno, kiu enhavas nur unu protonon kaj unu neŭtronon.

Komparoj de grando

Heliuma kerno estas ĉirkaŭ duoble pli larĝa ol unuopa protono, kies diametro estas ĉirkaŭ 1,7 femtometroj, kaj ĝi havas ĉirkaŭ kvar fojojn pli da maso.
Urania kerno enhavas ĉirkaŭ 60 fojojn pli da protonoj kaj neŭtronoj ol heliuma kerno, sed estas nur ĉirkaŭ 3,5 fojojn pli larĝa.
Se heliuma kerno pligrandiĝus ĝis la grando de korbopilko, hidrogena atomo laŭ la sama skalo havus diametron de ĉirkaŭ 7,6 kilometroj.
Ĉirkaŭ 30 miliardoj da heliumaj kernoj, vicigitaj unu apud alia, atingus la dikecon de homa haro, kiu estas ĉirkaŭ 0,1 milimetrojn dika.

Alfa-partikloj

Multaj pezaj radioaktivaj atomoj, inkluzive la tri speciojn de uranio troveblajn en la naturo, disfalas elĵetante heliuman kernon. Tio nomiĝas alfa-disfalo. Heliumo estas tro malpeza, por ke la gravito de la Tero retenu ĝin en la atmosfero dum miliardoj da jaroj. La heliumo en la aero devenas preskaŭ tute el alfa-disfalo ene de la solida Tero.

Alfa-partikloj estis inter la unuaj iloj de nuklea fiziko. En 1919 Ernest Rutherford pafis ilin al nitrogeno kaj elbatis protonojn el la kernoj de nitrogeno. En 1930 alfa-partikloj pafitaj al la metalo berilio ekigis penetran radiadon, kiun James Chadwick en 1932 montris konsisti el neŭtronoj.

Nomita laŭ la Suno

Heliumo estis trovita en la Suno, antaŭ ol oni trovis ĝin sur la Tero. En 1868 la franca astronomo Pierre Janssen detektis ĝin en la lumo de la Suno dum suna eklipso. La angla astronomo Joseph Norman Lockyer trovis ĝin sendepende kaj nomis ĝin laŭ la greka vorto por la Suno, „helios“. En 1895 la skota kemiisto William Ramsay trovis heliumon sur la Tero, en uranmineralo nomata kleveito.