Протон
Прото́н (от греч. πρῶτος – первый; символ р), стабильная элементарная частица (нижняя граница времени жизни протона 2,1·10 29 лет); ядро атома самого лёгкого изотопа водорода (H + ). Вместе с нейтронами протоны образуют ядра всех атомов тяжелее водорода; число протонов в ядре равно атомному номеру данного химического элемента и, т. о., определяет его место в периодической системе химических элементов . Масса mр=1,672621777(74)·10 –24 г≈1836mе, где m е m_е m е – масса электрона ; в энергетических единицах m p m_p m p ≈938,3 МэВ. Электрический заряд протона положителен и по абсолютной величине равен заряду электрона: e=1,602176565·10 –19 Кл. Спин протона равен 1 /2, поэтому протоны подчиняются статистике Ферми – Дирака . Магнитный момент протона μ p μ_p μ p =2,792847356(23)μя, где μ я μ_я μ я – ядерный магнетон . Среднеквадратичный радиус протона составляет 0,8 фм. У протона существует античастица – антипротон. Протон участвует во всех фундаментальных взаимодействиях : сильном (является адроном ), электромагнитном , слабом и гравитационном . В классе адронов протон относится к подклассу барионов и имеет сохраняющийся барионный заряд +1. В сильном взаимодействии протон и нейтрон проявляют одинаковые свойства и рассматриваются как два состояния одной частицы – нуклона , различающиеся проекциями изотопического спина .
Представление о протоне возникло в результате построения планетарной модели атома ( Э. Резерфорд , 1911), открытия изотопов ( Ф. Содди , Дж. Дж. Томсон , Ф. Астон , 1906–1919), атомные массы которых оказались кратными атомной массе водорода, и экспериментального наблюдения ядер водорода, выбитых α-частицами из ядер других элементов (Резерфорд, 1919–1920). Термин «протон» ввёл Резерфорд в начале 1920-х гг.
В рамках утвердившейся к началу 2000-х гг. стандартной модели протон состоит из трёх кварков , удерживаемых за счёт обмена глюонами . Около 99 % массы протона обусловлено энергией движения и взаимодействия кварков и глюонов. Силы, связывающие нуклоны в атомных ядрах, и другие низкоэнергетические процессы объясняются в основном обменом виртуальным π-мезоном между нуклонами. Теоретической основой для описания свойств протонов в сильных взаимодействиях является квантовая хромодинамика .
Электромагнитные свойства протона неразрывно связаны с наличием вокруг него облака виртуальных адронов. Именно взаимодействием γ-кванта с виртуальными π-мезонами качественно объясняется большое отличие магнитного момента протона от ядерного магнетона. Экспериментами по рассеянию электронов и γ-квантов на протонах установлены пространственные распределения электрического заряда и магнитного момента протона – его формфактор ( Р. Хофстедтер и другие, 1957) и измерены его электрическая и магнитная поляризуемости ( В. И. Гольданский и другие, 1960).
Примерами слабого взаимодействия с участием протонов являются внутриядерные превращения протона в нейтрон и наоборот, проявляющиеся в виде бета-распада ядер и электронного захвата .
В свободном состоянии протон наблюдаются в космических лучах (около 90% их состава) и при протонной радиоактивности некоторых ядер.
Ввиду стабильности протона, наличия у него электрического заряда и относительной простоты получения (ионизацией атомов водорода) пучки ускоренных протонов являются одним из основных инструментов экспериментальной физики элементарных частиц . Ускоренные протоны используются для изучения рассеяния самих протонов, а также для получения пучков частиц: π— и K-мезонов , антипротонов, мюонов . На основе пучков ускоренных протонов успешно развивается протонная терапия в медицине.
Протоны участвуют в термоядерных реакциях , являющихся основным источником энергии звёзд . Важное значение имеет участие протонов во многих химических реакциях (например, протолитических реакциях , протонировании ), а также в кислотно-оснóвном взаимодействии.
Опубликовано 14 июня 2022 г. в 16:05 (GMT+3). Последнее обновление 18 октября 2022 г. в 20:16 (GMT+3). Связаться с редакцией
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
Открытие протона
В 1919 году Э. Резерфорд обнаружил ядра атома водорода в продуктах расщепления ядер атомов многих элементов. Резерфорд назвал эту частицу протоном. Он высказал предположение, что протоны входят в состав всех атомных ядер.
Схема опытов Резерфорда:
В вакуумной камеры был расположен контейнер К с источником α-частиц. Окно камеры было закрыто металлической фольгой Ф, толщина которой была подобрана так, чтобы a-частицы не могли через нее проникнуть. За окном располагался экран Э, покрытый сернистым цинком.
С помощью микроскопа М можно было наблюдать сцинтилляции в точках попадания на экран тяжелых заряженных частиц. При заполнении камеры азотом при низком давлении на экране возникали световые вспышки, указывающие на появление потока каких-то частиц, способных проникать через фольгу Ф, практически полностью задерживающую поток a-частиц.
Исследования показали, что эти частицы обладают положительным элементарным зарядом и их масса равна массе ядра атома водорода.
Впоследствии опыт был выполнен с целым рядом других газообразных веществ. Во всех случаях было обнаружено, что из ядер этих веществ α-частицы выбивают протоны.
Первая ядерная реакция превращения азота в кислород, выполненная Резерфордом на данной установке.