Proton

Proton, p (z gr. πρῶτον – ‘pierwsze’) – trwała cząstka subatomowa z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej równej ok. 1 u. Jeden z podstawowych składników materii.

proton

Schematyczna struktura protonu. u – kwarki górne, d – kwark dolny
Klasyfikacja	barion nukleon hadron
Symbol	p
Antycząstka	antyproton
Ładunek	+e 1,6021766208(98)⋅10−19 C
Masa	1,007276466621(53) u 1,67262192369(51)⋅10−27 kg 938,27208816(29) MeV/c2
Czas życia T1/2	> 2,1⋅1029 lat (lub trwały)
Spin	1/2

Promień protonu został oszacowany na 0,84184 ± 0,00067 fm.

Protony wraz z neutronami stanowią nukleony, elementy jąder atomowych. Liczba protonów w jądrze danego atomu jest równa jego liczbie atomowej, która jest podstawą uporządkowania pierwiastków w układzie okresowym. Protony są głównym składnikiem pierwotnego promieniowania kosmicznego.

Proton według modelu standardowego jest cząstką złożoną, zaliczaną do hadronów, a ściślej barionów, zbudowaną z trzech kwarków: dwóch kwarków górnych „u” i jednego kwarku dolnego „d” (układ uud) związanych silnym oddziaływaniem przenoszonym przez gluony. Zanim model standardowy został powszechnie przyjęty, proton uważany był za cząstkę elementarną.

Czynnik Landégo protonu: g_p/2 = 2,792847351 ± 0,000000028

Rozpad protonu

Według aktualnych wyników eksperymentalnych, jeżeli rozpad protonu następuje, to średni czas życia tej cząstki jest dłuższy niż 2,1⋅10²⁹ lat. Zgodnie z modelem standardowym proton, jako najlżejszy barion, nie może się samorzutnie rozpaść. Jednakże niezweryfikowane teorie wielkiej unifikacji generalnie przewidują rozpad protonu z czasem życia minimum 1⋅10³⁶ lat.

Proton może ulec przemianie, na przykład w procesie wychwytu elektronu. Ten proces nie zachodzi samorzutnie, lecz tylko w wyniku dostarczenia dodatkowej energii. Przemiana ta następuje według równania:

p+
+ e−
→ n + ν
e

gdzie:

p – proton,

e – elektron,

n – neutron,

ν
e – neutrino elektronowe.

Ten proces jest odwracalny. Na przykład w rozpadzie beta, neutron zamienia się w proton. Wolne neutrony rozpadają się spontanicznie (czas życia około 15 minut), produkując proton.

Proton stanowi jądro atomowe wodoru

Historia odkrycia

Eugen Goldstein zaobserwował, że promieniowanie anodowe składa się z dodatnio naładowanych jonów. Zauważył również, że stosunek ładunku do masy tych jonów zależy od natury gazu wypełniającego rurę katodową (dla promieniowania katodowego, które składa się z elektronów, ten stosunek był zawsze ten sam). W 1898 roku Wilhelm Wien zaobserwował, że najwyższy stosunek jest w przypadku wodoru.

W roku 1918 Ernest Rutherford stwierdził, że jądra wodoru produkowane są w wyniku działania cząstek alfa na azot.

Proton w chemii

Jądra atomów najpowszechniejszego izotopu wodoru 1
H (protu) zawierają jedynie pojedyncze protony. W wyniku jonizacji termicznej wodoru powstają wolne (swobodne) protony (→ plazma). Natomiast protony powstające w wyniku dysocjacji elektrolitycznej w roztworze są solwatowane (zobacz np. jon hydroniowy), a spotykany zapis H+
i określenie „proton” są uproszczeniem nieodzwierciedlającym rzeczywistej struktury jonów wodorowych. Podobnie rozumiany jest proton w biochemii (np. pompa protonowa).

Określenie „proton” bywa stosowane także w odniesieniu do atomów wodoru połączonych wiązaniem chemicznym z innymi atomami. Wpływ otoczenia chemicznego protonów w związkach chemicznych na ich właściwości magnetyczne wykorzystywany jest w spektroskopii protonowego rezonansu magnetycznego.

Zobacz też

• antyproton

Linki zewnętrzne

• Michał Eckstein, Podróż do wnętrza protonu, Centrum Kopernika Badań Interdyscyplinarnych – Uniwersytet Jagielloński, kanał „Copernicus” na YouTube, 21 kwietnia 2021 [dostęp 2023-04-14].
• Karolina Głowacka i Maria Żurek, Co się dzieje we wnętrzu protonu i dlaczego tak wiele? Zderzanie cząstek w praktyce, kanał „Radio Naukowe” na YouTube, 26 kwietnia 2021 [dostęp 2023-09-20].