How big is Nucleu de heliu?

Un nucleu de heliu este centrul unui atom de heliu și este alcătuit din doi protoni și doi neutroni. Are aproximativ 3,4 femtometri în diametru, valoare obținută ca dublul razei sale de sarcină, adică raza medie a sarcinii sale electrice. Un femtometru este o milionime dintr-o miliardime de metru (10⁻¹⁵ metri). Un nucleu de heliu se mai numește și particulă alfa.

Dimensiune

Un nucleu nu are o margine dură, așa că dimensiunea lui se dă ca rază de sarcină. Pentru nucleul de heliu, valoarea recomandată, indicată de Institutul Național de Standarde și Tehnologie al Statelor Unite (NIST), este de 1,6785 femtometri. Asta înseamnă 3,36 femtometri în diametru.

Cea mai precisă măsurătoare a folosit nuclee de heliu în jurul cărora orbita un singur muon, în locul a doi electroni. Un muon este o particulă asemănătoare cu un electron, dar de aproximativ 200 de ori mai grea. În 2021, o echipă care lucra la Institutul Paul Scherrer din Elveția a raportat un rezultat de 1,67824 femtometri. Acesta este în acord cu experimentele anterioare, în care se lansaseră electroni asupra nucleelor de heliu, și este de 4,8 ori mai precis decât acestea.

Nucleul de heliu este neobișnuit de compact. Este chiar mai mic decât nucleul de deuteriu, o formă grea de hidrogen, care conține doar un proton și un neutron.

Comparații de dimensiune

Un nucleu de heliu este de aproximativ două ori mai lat decât un singur proton, care are aproximativ 1,7 femtometri în diametru, și are de aproximativ patru ori masa acestuia.
Un nucleu de uraniu conține de aproximativ 60 de ori mai mulți protoni și neutroni decât un nucleu de heliu, dar este de numai aproximativ 3,5 ori mai lat.
Dacă un nucleu de heliu ar fi mărit până la dimensiunea unei mingi de baschet, un atom de hidrogen la aceeași scară ar avea aproximativ 7,6 kilometri în diametru.
Aproximativ 30 de miliarde de nuclee de heliu, puse una lângă alta, ar acoperi grosimea unui fir de păr uman, care este de aproximativ 0,1 milimetri.

Particule alfa

Mulți atomi radioactivi grei, inclusiv cele trei tipuri de uraniu întâlnite în natură, se dezintegrează prin expulzarea unui nucleu de heliu. Aceasta se numește dezintegrare alfa. Heliul este prea ușor pentru ca gravitația Pământului să îl rețină în atmosferă pe parcursul a miliarde de ani. Heliul din aer provine aproape în întregime din dezintegrarea alfa din partea solidă a Pământului.

Particulele alfa au fost printre primele instrumente ale fizicii nucleare. În 1919, Ernest Rutherford le-a lansat asupra azotului și a scos protoni din nucleele lui. În 1930, particulele alfa lansate asupra metalului beriliu au declanșat o radiație pătrunzătoare, despre care James Chadwick a arătat în 1932 că era alcătuită din neutroni.

Numit după Soare

Heliul a fost descoperit pe Soare înainte de a fi descoperit pe Pământ. În 1868, astronomul francez Pierre Janssen l-a detectat în lumina Soarelui în timpul unei eclipse solare. Astronomul englez Joseph Norman Lockyer l-a descoperit independent și l-a numit după cuvântul grecesc pentru Soare, „helios”. În 1895, chimistul scoțian William Ramsay a găsit heliu pe Pământ, într-un mineral de uraniu numit cleveit.