Протон. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Протон (от греч. protos - первый) (символ р)- стабильная элементарная частица, ядро атома водорода. Масса m_р = 1,672614(14)·10^-24 г

1836 m_е, где m_е - масса электрона; в энергетич. единицах nip

939,3 МэВ. Электрич. заряд протона положителен: е = 4,803242(14)·10^-10 СГСЭ единиц заряда. Спин протона равен

, поэтому протоны подчиняются Ферми - Дирака статистике. Магнитный момент протона m_p = 2,792763(30)m_я, где m_Я - ядерный магнетон. Вместе с нейтронами протоны образуют атомные ядра всех хим. элементов, при этом число протонов в ядре равно атомному номеру данного элемента и, следовательно, определяет место элемента в периодич. системе элементов Менделеева. Существует античастица по отношению к протону - антипротон.

К представлению о протоне привели создание планетарной модели атома [Э. Резерфорд (Е. Rutherford), 1911]; открытие изотопов [Ф. Содди (F. Soddy), Дж. Дж.Томсон (J. J. Thomson), F. Астон (F. Aston), 1906-19], атомные массы к-рых оказались кратными атомной массе водорода; эксперим. наблюдение ядер водорода, выбитых a-частицами из ядер др. элементов (Резерфорд, 1919-20). Термин "протон" ввёл Резерфорд в нач. 20-х гг.

Протон является адроном. Кроме сильного взаимодействия он также участвует во всех др. фундам. взаимодействиях: электромагнитном, слабом и гравитационном. Протон относится к классу барионов; его барионное число В = 1. Законом сохранения барионного числа определяется стабильность протона - самого лёгкого из ба-рионов. По геохим. данным, время жизни протона

> 1,6·10^25d лет, а по данным эксперим. исследований конкретных мод распада протона,

> 10³¹ лет. Модели т. н. великого объединения сильного, слабого и эл--магн. взаимодействий предсказывают нарушение закона сохранения барионного числа и соответственно стабильности протона с

, зависящим от детальной структуры модели и лежащим в диапазоне времён 10³⁰-10⁶⁰ лет. В сильном взаимодействии протон и нейтрон имеют одинаковые свойства и рассматриваются как два зарядовых состояния одной частицы - нуклона, к-рому приписывается квантовое число изотопический спин I =(см. Изотопическая инвариантность ).Важнейшее проявление сильного взаимодействия с участием протона - ядерные силы, связывающие нуклоны в ядре. При теоретическом описании сильного взаимодействия протонов плодотворным оказался подход, основанный на предположении о том, что протон окружён облаком виртуальных частиц, к-рые он непрерывно испускает и поглощает. Взаимодействие протона с др. частицами рассматривается как процесс обмена виртуальными частицами. Напр., ядерные силы и низкоэнергетич. процессы объясняются в основном обменом виртуальным пионом между нуклонами. Эксперим. данные по рассеянию протонов и нейтронов более высоких энергий объясняются участием в виртуальных процессах наряду с отд. пионами групп пионов, а также разл. мезонных резонансов.

Эл--магн. свойства протона неразрывно связаны с наличием вокруг него облака виртуальных адронов. Именно взаимодействием g-кванта с виртуальными пионами качественно объясняется большое отличие магнитного момента протона от ядерного магнетона. Исследования рассеяния электронов и g-квантов на протон позволили найти пространственное распределение электрического заряда и магнитного момента протона - его формфактор [Р. Хофштадтер (R. Hofstadter) и др., 1957], а также обнаружить электрич. и магн. поляризуемости протона (В. И. Гольданский и др., 1960), т. е. получить эксперим. доказательство существования внутр. структуры протона Таким образом, протон не является точечной частицей; его среднеквадратичный радиус равен 0,8 Ф.

Примерами слабого взаимодействия с участием протона являются внутриядерные превращения протона в нейтрон и, наоборот, проявляющиеся в виде бета-распада ядер и электронного захвата.

Совр. трактовка структуры протона основана на квар-ковои модели адронов. согласно к-рой протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, удерживаемых силами, связанными с обменом др. гипотетич. частицами - глюонами (см. Кварки, Квантовая хромодинамика). Кварки, в свою очередь, окружены облаком виртуальных глюонов и кварк-антикварковых пар. Эксперим. данные по процессам с большой передачей импульса, напр. по глубоко неупругому процессу рассеяния электронов на протонах, свидетельствуют о существовании внутри протона точечноподобных рассеивающих центров - порто-нов. С точки зрения кварковой модели, партонами являются кварки.

Ввиду стабильности протона, наличия у него электрич, заряда и относит. простоты получения (ионизацией водорода) пучки ускоренных протонов являются одним из осн. инструментов эксперим. физики элементарных частиц. · Очень часто мишенью в опытах по соударению частиц также являются протоны - свободные (водород) или связанные в ядрах. Протоны высокой энергии получают на ускорителях. Ускоренные протоны используются не только для изучения рассеяния самих протонов, но также и для получения пучков частиц: p- и К-мезонов, антипротонов, мюонов. Пучки ускоренных протонов применяются в лучевой терапии.

Литература по протонам

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.