Schéma protónu

Protón (p⁺, H⁺) (z gréčtiny protos – prvý) je subatomárna častica v jadre atómu.

Protón je považovaný za stabilnú časticu, podľa niektorých teórií sa ale môže rozpadať s polčasom rozpadu vyše 10³⁵ rokov. Overenie tejto hypotézy je stále mimo rozlišovacie schopnosti súčasných experimentálnych zariadení a prípadný rozpad protónu preto nemohol byť doteraz pozorovaný. Jadrom najbežnejšieho izotopu vodíku je jediný protón. Ostatné atomárne jadrá sa skladajú z protónov a neutrónov priťahovaných k sebe silnou interakciou. Protónové číslo určuje chemické vlastnosti atómu ako chemického prvku.

Protón ako časticu zaraďujeme medzi baryóny a skladá sa z dvoch kvarkov u a jedného d, ktoré sa priťahujú silnou interakciou, sprostredkovanou gluónmi. Antičastica protónu je antiprotón, ktorý má rovnako veľký náboj, len opačného znamienka.

Pretože elektromagnetická sila je rádovo silnejšia ako gravitačná sila, musí byť náboj protónu rovnako veľký ako náboj elektrónu, inak by celková kladná či záporná odpudivosť (podľa toho, ktorý by bol väčší – atómy by neboli elektricky neutrálne) spôsobila viditeľnú rozpínavosť vesmíru a telies priťahovaných k sebe gravitačnou silou (planét, hviezd, a podobne).

V chémii a v biochémii je protón aj označenie pre vodíkový katión.

Stabilita

Pozorovania ukazujú, že protóny sú stabilné. Je ale známe, že protóny sa menia na neutróny procesom zachytávania elektrónov. Tento proces sa nedeje spontánne, ale iba v tedy, keď je dodaná energia.

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

Tento process je vratný: neutróny sa môžu zmeniť protóny pomocou beta rozpadu, čo je forma rádioaktívneho rozpadu.

Teória veľkého zjednotenia predpovedá výskyt protónového rozpadu, aj keď experimentálne tento ešte nebol potvrdený a z výsledkov experimentov bola dolná hranica životnosti protónu odhadnutá na 10³⁵ rokov.

Rozmery protónu

Polomer protónu (pozri aj Camptonov efekt) bol v roku 2019 upresnený na 0,833 fm, teda 0,000 000 000 000 833mm.^[1]

Pokojová hmotnosť protónu je 1,6726·10⁻²⁷kg, čo je ekvivalent jeho pokojovej energie.

História

Protón objavil Ernest Rutherford v roku 1918. Pozoroval, že alfa častica vystrelená do plynného dusíka sa v jeho oscilačnom detektore javí rovnako ako jadro vodíka. Rutherford určil, že zdrojom jadier vodíka musí byť dusík a preto musí obsahovať jadro vodíka. Myslel si, že jadrá vodíka, o ktorých vedel, že majú atómové číslo 1, sú elementárne častice. Preto ich pomenoval protón, podľa gréckeho protos – prvý.

Technologické využitie

Protóny majú vlastnosť spin, ktorá bola objavená pomocou nukleárnej magnetickej rezonančnej spektroskopie. Pri NMR sa magnetické pole využíva k detegovaniu zatienenia okolo protónov v jadre látky, ktoré spôsobuje okolitý mrak elektrónov. Vedci z neho môžu získať informácie o usporiadaní molekulárnej štruktúry látky.

Zámer využívať vlastnosti urýchlených protónov v medicíne na liečbu onkologických ochorení predložil Robert. R. Wilson v roku 1946. Táto idea bola prvýkrát uskutočnená v roku 1954 v Berkeley. Na Slovensku by mal zavedeniu protónovej terapie pomôcť projekt Cyklotrónového centra Slovenskej republiky.^[2]

Antiprotón

Hlavný článok, pozri Antiprotón.

Antiprotón je antičastica k protónu. Antičastica bola objavená v roku 1955 Emiliom Segrenom a Owenom Chamberlainom, za čo dostali v roku 1959 Nobelovu cenu za fyziku.

CPT symetria ukladá silné ohraničenia pre relatívne vlastnosti častíc a antičastíc a preto je otvorené prísnym testom. Napríklad súčet náboja protónu a antiprotónu musí byť v presne nulový. Táto rovnosť bola overená s presnosťou jedna ku 10⁸. Rovnosť hmotností bola tiež overená s presnosťou lepšou ako jedna ku 10⁸.

Referencie

1. ↑ A measurement of the atomic hydrogen Lamb shift and the proton charge radius . science.org, . Dostupné online. (po anglicky)
2. ↑ Hanula, M, Ružička, J, 2007, Proton Therapy of Tumours and the Possibilities of Its Introduction in the Slovak Republic, Acta Physica Universitatis Comenianae, Vol. XLVIII-XLIX, Number 1&2 (2007 – 2008) 143 – 160

Fyzikálny portál Chemický portál