Proton

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Tento článek je o částici. Další významy jsou uvedeny na stránce Proton (rozcestník).
Proton (p+)
Vnitřní struktura protonu: dva kvarky u a jeden kvark d.
Vnitřní struktura protonu: dva kvarky u a jeden kvark d.
Obecné vlastnosti
Klasifikace Hadrony
Baryony
Nukleony
Složení 2 kvarky u, 1 kvark d
Antičástice antiproton
Fyzikální vlastnosti
Klidová hmotnost 938,272 0813(58)[1] MeV/c2
1,672 621 898(21)×10−27[2] kg
Elektrický náboj +1 e
1,602 176 6208(98)×10−19[3] C
Magnetický moment 2,792 847 3508(85)[4] μN
Dipólový moment < 2,1×10−25[5] e·cm
Spin 12
Izospin 12
Stř. doba života > 1031 roků[5] (stabilní)
Interakce elektromagnetická síla, slabá interakce, silná interakce
Historie
Předpověď William Prout (1815)
Objev Ernest Rutherford (1919)

Ve fyzice je proton subatomární částice s kladným elementárním elektrickým nábojem tj. 1,6×10−19 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[6] protonu 1,007 276 466 583(15)(29), kde první závorka udává statistickou a druhá systematickou chybu určení posledních dvou platných číslic.[7][8]

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,[5] pro jednotlivé modely a kanály rozpadu až v řádu 1034)[9][10] již vyloučila mnohé z nejjednodušších variant teorie velkého sjednocení, zejména pokud se jedná o varianty bez předpokladu supersymetrie. Horní hranice střední doby života, pokud je proton skutečně nestabilní, může být podle teorií až v řádu 1039 roků.[11] Pro detekci rozpadu s podobným poločasem jsou současná experimentální zařízení vzhledem k počtu pozorovaných částic a době jejich sledování nedostatečná.

Proton řadíme mezi a 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).[12] Měření ukazují, že kvarky i gluony přispívají k celkovému spinu protonu přibližně po 25% a chybějící příspěvek se nazývá krizí protonového spinu.[13]

Antičásticí protonu je antiproton, který má stejně veliký náboj opačného znaménka. Protony a neutrony se často označují společným názvem jako tzv. nukleony.

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

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.

Protože elektromagnetická síla je řádově silnější než gravitační síla, musí být náboj protonu stejně veliký jako náboj elektronu, jinak by celková odpudivost kladně či záporně (dle toho, který by byl větší — atomy by nebyly elektricky neutrální) způsobila viditelnou rozpínavost vesmíru a těles přitahovaných k sobě gravitační silou (planet, hvězd, apod.).

V chemii a biochemii je proton označení pro ion vodíku.

Historie[editovat | editovat zdroj]

Proton objevil Ernest Rutherford v r. 1918. 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 | editovat zdroj]

Protony mají vlastnost spin, 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 | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Adjustace konstant CODATA 2014. Dostupné online. NIST, 2014 (anglicky)
  2. Adjustace konstant CODATA 2014. Dostupné online. NIST, 2014 (anglicky)
  3. Adjustace konstant CODATA 2014. Dostupné online. NIST, 2014 (anglicky)
  4. Adjustace konstant CODATA 2014. Dostupné online. NIST, 2014 (anglicky)
  5. a b c PATRIGNANI, C., et al. (Particle Data Group) 2017 Review of Particle Physics. Chin. Phys. C [online]. 2016, svazek 40: 100001 (2016) and 2017 update, rev. 2017-05-30, kapitola Baryon Summary Tables: p, n, N resonances, s. 1. Dostupné online. pdf: [1].  (anglicky) 
  6. tedy hodnota hmotnosti vyjádřená v atomových hmotnostních jednotkách u
  7. 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]. (anglicky) 
  8. JOHNSTON, Hamish. Is the proton lighter than we thought?. Physics World [online]. IOP Publishing, , 4. červenec 2017. Dostupné online.  (anglicky) 
  9. BAJC, Borut; HISANO, Junji; KUWAHARA, Takumi ; OMURA, Yuji. Threshold corrections to dimension-six proton decay operators in non-minimal SUSY SU(5) GUTs. Nuclear Physics B [online]. , 21. červen 2016, svazek 910: 1, kapitola 1. Introduction, s. 1-22. Dostupné online. PDF: [4]. DOI:10.1016/j.nuclphysb.2016.06.017. arXiv: 1603.03568v2.  (anglicky) 
  10. 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. DOI:10.1103/PhysRevLett.102.141801. PMID 19392425. arXiv: 0903.0676v2.  (anglicky) 
  11. NATH, Pran; PEREZ, Pavel Fileviez. Proton Stability in Grand Unified Theories, in Strings and in Branes [online]. 2007-04-23. Dostupné online. PDF: [6]. (anglicky) 
  12. http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.052301 - Evidence of Strong Proton Shape Fluctuations from Incoherent Diffraction
  13. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141104111150.htm - Physicists narrow search for solution to proton spin puzzle

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]