Proton

subatomární částice s kladným elektrickým nábojem
Tento článek je o částici. Další významy jsou uvedeny na stránce Proton (rozcestník).

Ve fyzice je proton subatomární částice s kladným elementárním elektrickým nábojem tj. 1,602×10−19 C a klidovou hmotností 938 MeV/c2 (1,67×10−27 kg, odpovídající přibližně hmotnosti 1836 elektronů). V dosud nejpřesnějším měření z r. 2017 byla zjištěna relativní atomová hmotnost[3] protonu 1,007 276 466 583(15)(29), kde první závorka udává statistickou a druhá systematickou chybu určení posledních dvou platných číslic.[4][5] Poloměr protonu je 0,84 femtometru (1 fm = 10−15 m).[6]

Proton (p+)
Vnitřní struktura protonu: dva kvarky u a jeden kvark d.
Vnitřní struktura protonu: dva kvarky u a jeden kvark d.
Obecné vlastnosti
KlasifikaceHadrony
Baryony
Nukleony
Složení2 kvarky u, 1 kvark d
Antičásticeantiproton
Fyzikální vlastnosti
Klidová hmotnost938,272 088 16(29)[1] MeV/c2
1,672 621 923 69(51)×10−27[1] kg
Elektrický náboj+1 e
1,602 176 634×10−19 přesně[1] C
Magnetický moment2,792 847 344 63(82)[1] μN
Dipólový moment< 2,1×10−25[2] e·cm
Spin12
Izospin12
Stř. doba života> 1031 roků[2] (stabilní)
Interakceelektromagnetická síla, slabá interakce, silná interakce
Historie
PředpověďWilliam Prout (1815)
ObjevErnest Rutherford (1919)

V chemii a biochemii je proton označení pro ion vodíku. Antičásticí protonu je antiproton, který má stejně veliký náboj opačného znaménka.

Nukleony a elektrony editovat

Proton je společně s neutronem a elektronem základní stavební částicí veškeré známé hmoty, neboť je součástí jader všech atomů běžné látky (tedy s výjimkou pouze některých exotických atomů, zpravidla krátkodobě existujících pouze v extrémních podmínkách čí experimentech, které je napodobují). Protony a neutrony se proto označují společným názvem nukleony.

Protonové číslo editovat

 
Model atomu a molekuly vodíku

Jádro nejběžnějšího izotopu vodíku je jediný proton. Ostatní atomární jádra se skládají z protonů a neutronů přitahovaných k sobě zbytkovou silnou jadernou interakcí (hlavní, řádově silnější silná interakce působí mezi stavebními kvarky protonu či neutronu). Protonové číslo určuje chemické vlastnosti atomu jako chemického prvku, protože se mu rovná počet elektronů v obalu neutrálního atomu.

Stabilní částice editovat

Proton je podle současných poznatků částicí stabilní. Podle některých teorií se však může rozpadat s poločasem rozpadu přes 1031 roků. Rozpad protonu nebyl dosud pozorován, stále se prodlužující experimentálně zjištěná minimální hodnota střední doby života protonu (τ > 1031 roků obecně,[2] pro jednotlivé modely a kanály rozpadu až v řádu 1034)[7][8] již vyloučila mnohé z nejjednodušších variant teorie velkého sjednocení, zejména pokud se jedná o varianty bez předpokladu supersymetrie. Dolní hranice střední doby života, pokud je proton skutečně nestabilní, může být podle teorií až v řádu 1039 roků.[9] Pro detekci rozpadu s podobným poločasem jsou současná experimentální zařízení vzhledem k počtu pozorovaných částic a době jejich sledování nedostatečná.

Zařazení protonu editovat

Proton řadíme mezi baryony, konkrétně baryony N v základním stavu, tedy do nukleonů (spolu s neutronem). Tomu odpovídá i spin   (proton je tedy fermion) a izospin   (s neutronem tvoří izospinový dublet). Jedná se (jako u každého baryonu N) o částici složenou, a to ze dvou kvarků u a jednoho kvarku d vázaných silnou interakcí, zprostředkovanou gluony. To je také důvodem experimentálně zjištěné fluktuace jeho tvaru (resp. účinného průřezu).[10] Měření ukazují, že kvarky i gluony přispívají k celkovému spinu protonu přibližně po 25% a chybějící příspěvek se nazývá krizí protonového spinu.[11]

Historie editovat

Proton objevil Ernest Rutherford v r. 1919. Pozoroval, že částice alfa vystřelované do plynného dusíku, se v jeho scintilačním detektoru jeví stejně jako jádra vodíku. Rutherford určil, že zdrojem jader vodíku musí být dusík, a proto musí obsahovat jádra vodíku. Myslel si, že jádra vodíku, o nichž věděl, že mají atomové číslo 1, jsou elementární částice. Proto je pojmenoval proton, dle řeckého protos, první.

Technologické užití editovat

Protony mají vlastnost spin, která byla objevena při nukleární magnetické resonanční spektroskopii. Při NMR se magnetické pole užívá k detekci stínění okolo protonů v jádře látky, které způsobuje okolní mrak elektronů. Vědci z něj mohou získat informace o uspořádání molekulární struktury látky.

Související články editovat

Reference editovat

  1. a b c d Fundamental Physical Constants; 2018 CODATA recommended values. NIST, květen 2019. Dostupné online, PDF (anglicky)
  2. a b c PATRIGNANI, C., et al. (Particle Data Group). 2017 Review of Particle Physics. Kapitola Baryon Summary Tables: p, n, N resonances, s. 1. Chin. Phys. C [online]. 2016, rev. 2017-05-30 [cit. 2017-07-11]. Svazek 40: 100001 (2016) and 2017 update, s. 1. Dostupné v archivu pořízeném dne 2017-09-21. pdf [1]. (anglicky) 
  3. tedy hodnota hmotnosti vyjádřená v atomových hmotnostních jednotkách u
  4. HEISSE, Fabian; KÖHLER-LANGES, Florian; RAU, Sascha; HOU, Jamin; JUNCK, Sven; KRACKE, Anke; MOOSER, Andreas, QUINT, Wolfgang; ULMER, Stefan; WERTH, Günter; BLAUM, Klaus; STURM, Sven. High-precision measurement of the proton's atomic mass [online]. 2017-06-21. S. 5. Dostupné online. PDF [2]. Dále dostupné na: [3]. arXiv 1706.06780v1. (anglicky) 
  5. JOHNSTON, Hamish. Is the proton lighter than we thought?. Physics World [online]. IOP Publishing, 4. červenec 2017. Dostupné online. (anglicky) 
  6. University of Bonn. Protons are likely smaller than previously believed. phys.org [online]. 2022-02-07 [cit. 2023-01-04]. Dostupné online. (anglicky) 
  7. BAJC, Borut; HISANO, Junji; KUWAHARA, Takumi; OMURA, Yuji. Threshold corrections to dimension-six proton decay operators in non-minimal SUSY SU(5) GUTs. Kapitola 1. Introduction, s. 1–22. Nuclear Physics B [online]. 21. červen 2016. Svazek 910: 1, s. 1–22. Dostupné online. PDF [4]. arXiv 1603.03568v2. DOI 10.1016/j.nuclphysb.2016.06.017. (anglicky) 
  8. NISHINO, Haruki, et al. (Super-Kamiokande Collaboration). Search for Proton Decay via pe+π0 and pμ+π0 in a Large Water Cherenkov Detector. Physical Review Letters [online]. 8. duben 2009. Svazek 102, čís. 14: 141801. Dostupné online. PDF [5]. ISSN 1079-7114. arXiv 0903.0676v2. DOI 10.1103/PhysRevLett.102.141801. PMID 19392425. (anglicky) 
  9. NATH, Pran; PEREZ, Pavel Fileviez. Proton Stability in Grand Unified Theories, in Strings and in Branes [online]. 2007-04-23. Dostupné online. PDF [6]. arXiv hep-ph/0601023. (anglicky) 
  10. MÄNTYSAARI, Heikki; SCHENKE, Björn. Evidence of Strong Proton Shape Fluctuations from Incoherent Diffraction. S. 052301. Physical Review Letters [online]. 2016-07-25. Roč. 117, čís. 5, s. 052301. Dostupné online. DOI 10.1103/PhysRevLett.117.052301. (anglicky) 
  11. Physicists narrow search for solution to proton spin puzzle. sciencedaily.com [online]. 2014-11-04 [cit. 2021-12-28]. Dostupné online. (anglicky) 

Externí odkazy editovat