Schematyczna struktura protonu. u – kwarki górne, d – kwark dolny | |
Klasyfikacja | |
---|---|
Symbol |
p |
Antycząstka | |
Ładunek | |
Masa | |
Czas życia T1/2 |
> 2,1⋅1029 lat (lub trwały) |
Spin |
1/2 |
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.
Promień protonu został oszacowany na 0,84184 ± 0,00067 fm[5].
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)[6] związanych silnym oddziaływaniem przenoszonym przez gluony. Zanim model standardowy został powszechnie przyjęty, proton uważany był za cząstkę elementarną.
Czynnik Landégo protonu: gp/2 = 2,792847351 ± 0,000000028
Rozpad protonu
[edytuj | edytuj kod]Według aktualnych wyników eksperymentalnych, jeżeli rozpad protonu następuje, to średni czas życia tej cząstki jest dłuższy niż 2,1⋅1029 lat[7]. 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:
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
[edytuj | edytuj kod]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
[edytuj | edytuj kod]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
[edytuj | edytuj kod]Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ elementary charge [online], National Institute of Standards and Technology (NIST) [dostęp 2019-01-31] .
- ↑ proton mass in u [online], National Institute of Standards and Technology (NIST) [dostęp 2023-01-14] .
- ↑ proton mass [online], National Institute of Standards and Technology (NIST) [dostęp 2023-01-14] .
- ↑ proton mass energy equivalent in MeV [online], National Institute of Standards and Technology (NIST) [dostęp 2023-01-14] .
- ↑ Grzegorz Łach , Problem promienia protonu (chyba) wyjaśniony, „Delta”, marzec 2018, s. 15 .
- ↑ Proton, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2021-07-29] .
- ↑ S.N. Ahmed, A.E. Anthony, E.W. Beier, A. Bellerive i inni. Constraints on nucleon decay via invisible modes from the Sudbury Neutrino Observatory. „Phys Rev Lett”. 92 (10), s. 102004, 2004. DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID: 15089201.
Linki zewnętrzne
[edytuj | edytuj kod]- 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].