מה הגודל של גרעין הליום?

גרעין הליום הוא מרכזו של אטום הליום, והוא מורכב משני פרוטונים ושני נייטרונים. רוחבו כ-3.4 פמטומטרים, והוא נמדד כפעמיים רדיוס המטען שלו, הרדיוס הממוצע של המטען החשמלי שלו. פמטומטר הוא מיליונית ממיליארדית המטר (10⁻¹⁵ מטרים). גרעין הליום נקרא גם חלקיק אלפא.

גודל

לגרעין אין קצה קשיח, ולכן גודלו מצוין כרדיוס מטען. בגרעין הליום הערך המומלץ שמפרסם המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה של ארצות הברית (NIST) הוא 1.6785 פמטומטרים. מכאן שרוחבו 3.36 פמטומטרים.

המדידה המדויקת ביותר השתמשה בגרעיני הליום שמקיף אותם מיואון אחד במקום שני אלקטרונים. מיואון הוא חלקיק הדומה לאלקטרון אך כבד ממנו פי 200 בערך. צוות שעבד במכון פאול שרר שבשווייץ דיווח ב-2021 על התוצאה: 1.67824 פמטומטרים. התוצאה תואמת ניסויים קודמים שבהם ירו אלקטרונים על גרעיני הליום, והיא מדויקת פי 4.8 מהם.

גרעין ההליום קומפקטי באופן חריג. הוא אפילו קטן מגרעין הדאוטריום, צורה כבדה של מימן, המכיל פרוטון אחד ונייטרון אחד בלבד.

השוואות גודל

גרעין הליום רחב בערך פי שניים מפרוטון בודד, שרוחבו כ-1.7 פמטומטרים, ומסתו גדולה בערך פי ארבעה ממסת הפרוטון.
גרעין אורניום מכיל בערך פי 60 פרוטונים ונייטרונים מגרעין הליום, אך הוא רחב ממנו רק בערך פי 3.5.
אילו גרעין הליום הוגדל לגודל של כדור כדורסל, אטום מימן באותו קנה מידה היה ברוחב של כ-7.6 קילומטרים.
כ-30 מיליארד גרעיני הליום, מסודרים בשורה זה לצד זה, היו משתרעים על פני רוחבה של שערת אדם, שרוחבה כ-0.1 מילימטרים.

חלקיקי אלפא

אטומים רדיואקטיביים כבדים רבים, ובהם שלושת סוגי האורניום שנמצאים בטבע, מתפרקים בכך שהם פולטים גרעין הליום. תהליך זה נקרא דעיכת אלפא. הליום קל מדי מכדי שכוח המשיכה של כדור הארץ יחזיק בו באטמוספרה במשך מיליארדי שנים. ההליום שבאוויר מקורו כמעט כולו בדעיכת אלפא בתוך כדור הארץ המוצק.

חלקיקי אלפא היו בין הכלים הראשונים של הפיזיקה הגרעינית. ב-1919 ירה ארנסט רתרפורד חלקיקים כאלה על חנקן והדף פרוטונים מתוך גרעיניו. ב-1930 חלקיקי אלפא שנורו על המתכת בריליום גרמו לפליטת קרינה חודרת, שג'יימס צ'דוויק הראה ב-1932 שהיא מורכבת מנייטרונים.

נקרא על שם השמש

הליום התגלה בשמש לפני שהתגלה על כדור הארץ. ב-1868 זיהה האסטרונום הצרפתי פייר ז'נסן את ההליום באור שהגיע מהשמש בזמן ליקוי חמה. האסטרונום האנגלי ג'וזף נורמן לוקייר גילה אותו בנפרד וקרא לו על שם המילה היוונית לשמש, "הליוס". ב-1895 מצא הכימאי הסקוטי ויליאם ראמזי הליום על כדור הארץ, במינרל אורניום הנקרא קלבייט.