Proton

Cząstki elementarne
leptony e μ τ νe νμ ντ	kwarki u c t d s b
nośniki oddziaływań γ Z0 W± gluon g
hadrony
mezony π K J/ψ ϒ B D	bariony p n Λ Δ Σ Ξ Ω
bozony	fermiony

proton
Symbol	p
Klasyfikacja	barion nukleon hadron
Ładunek	+e 1,60217653(14)·10−19 C
Masa	1,00727646688 u 1,67262171(29)·10 −27 kg 938,272029(80) MeV/c2
Spin	1/2

Struktura protonu

Proton stanowi jądro atomowe wodoru

Proton, p (z gr. πρῶτον – "pierwsze") − trwała cząstka elementarna z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej równej ok. 1 u. Protony są głównym składnikiem pierwotnego promieniowania kosmicznego. Protony wraz z neutronami (→ nukleony) tworzą jądra atomowe pierwiastków chemicznych. Liczba protonów w jądrze danego atomu jest równa jego liczbie atomowej, która z kolei jest podstawą uporządkowania atomów w układzie okresowym pierwiastków.

Proton według Modelu Standardowego jest cząstką złożoną, zaliczaną do hadronów, a ściślej barionów i jest zbudowana z trzech kwarków: dwóch kwarków górnych "u" i jednego kwarku dolnego "d" (układ uud) związanych silnym oddziaływaniem przenoszonym przez gluony.

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, teorie wielkiej unifikacji generalnie przewidują rozpad protonu, ale z teoretycznym 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:

$\mathrm{p}^+ + \mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{n} + {\nu}_e \,$

gdzie

p – proton,

e – elektron,

n – neutron,

$\nu_e$ – 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.

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 (dla promieniowania katodowego, które składa się z elektronów, ten stosunek był zawsze ten sam). W 1898 roku Wilhelm Wien stwierdził, że najwyższy stosunek był obserwowany, kiedy wodór wypełniał rurę katodową.

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 ¹H (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 nie odzwierciedlającym rzeczywistej struktury jonów wodorowych. Podobnie rozumiany jest "proton" w biochemii (np. "pompa protonowa").

Określenie "proton" stosuje się 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

• schemat budowy protonu – animacja

• antyproton
• rozpad protonu