پروتون

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
پروتون
ساختار کوارکی پروتون
ساختار کوارکی پروتون
ذره ۲ بالا ۱ پایین
Statistics فرمیون
نیروهای بنیادی نیروی ضعیف٬نیروی قوی٬نیروی جاذبه٬نیروی الکترومغناطیس
نماد p+
پادذره پاد پروتون
کشف ارنست رادرفورد (۱۹۱۹) و هنری موزلی
جرم

۱٫۶۷۲ ۶۲۱ ۷1(29) × ۱۰−۲۷ kg

۹۳۸٫۲۷۲ ۰۲9(80) MeV/c۲

۱٫۰۰۷ ۲۷۶ ۴۶۶ ۸8(13) u
بار الکتریکی ۱٫۶۰۲ ۱۷۶ ۵3(14) × ۱۰−۱۹ C
اسپین ½

پروتون (Proton) ذره‌ای بنیادی با بار مثبت است که بخشی از هر اتم را تشکیل می‌دهد. جرم پروتون ۱۸۳۷ برابر جرم الکترون و معادل ۱ amu است.

بر اساس قوانین پایستگی و به علت آن که پروتون سبک‌ترین باریون است، پایدار است. اما براساس نظریه وحدت بزرگ این ذره عمر ۱٫۶‎×۱۰۳۰ سال داشته و بعد از این مدت به پوزیترون و پیون صفر تبدیل می‌شود.[۱]

پروتون از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین تشکیل شده است.[۲]

تفسیر[ویرایش]

پروتون، فرمیونی با اسپین ½ است و از سه کوارک ساخته می‌شود.[۳] دو کوارک بالا و یک کوارک پایین درون پروتون با نیروی قوی هسته‌ای در کنار یکدیگر نگه داشته می‌شوند.[۴] پروتون دارای توزیع بار الکتریکی مثبت است که تقریباً به صورت نمایی کاهش می‌یابد و میانگین شعاع آن حدود ۰٫۸ فمتومتر است.[۵]

پروتون و نوترون ذرات درون هسته‌ای هستند و می‌توانند توسط نیروی هسته‌ای به یکدیگر متصل شوند و هسته اتم را شکل دهند. هسته فراوان‌ترین ایزوتوپ هیدروژن تنها از یک پروتون تشکیل شده‌است. دو ایزوتوپ دیگر هیدروژن، دارای یک یا دو نوترون هستند که به پروتون متصل شده‌اند. هسته سایر اتم‌ها از بیش از یک پروتون و تعدادی نوترون شکل گرفته‌است.

تاریخچه[ویرایش]

مدت زیادی نیاز بود تا مفهوم ذره هیدروژن-مانند به عنوان سازنده سایر اتم‌ها توسعه یابد. نخست، ویلیام پروت در ۱۸۱۵ بر پایه تفسیر ساده‌انگارانه‌ای از مقادیر وزن اتمی، چنین پیشنهاد داد که همه اتم‌ها از اتم‌های هیدروژن تشکیل شده‌اند. پس از آن که مقدارهای دقیق‌تری اندازه‌گیری شدند، این فرضیه رد شد.[۶]

در ۱۸۸۶، اویگن گلدشتاین پرتوهای آندی را کشف کرد و نشان داد که این پرتوها مربوط به ذره‌هایی با بار مثبت هستند. البته از آن‌جایی‌که ذرات منتشر شده از گازهای مختلف، دارای نسبت بار به جرم متفاوتی بودند، شناسایی آنها با یک ذره (بر خلاف الکترون با بار منفی) امکان‌پذیر نبود.

پس از کشف هسته اتم توسط ارنست رادرفورد در ۱۹۱۱، آنتونیوس فن‌در بروک پیشنهاد داد که مکان هر عنصر در جدول تناوبی، متناظر با بار هسته آن است. هنری موزلی در ۱۹۱۳ این مطلب را با به کارگیری طیف پرتو ایکس به صورت تجربی تأیید کرد.

کشف[ویرایش]

رادرفورد در ۱۹۱۷ ثابت کرد که هسته هیدروژن در هسته‌های دیگر نیز وجود دارد. معمولاً این نتیجه را به عنوان کشف پروتون در نظر می‌گیرند.[۷] رادرفورد آزمایشی انجام داد که در آن، ذرات آلفا را به هوا (که بیشتر آن نیتروژن است) شلیک نمود و آشکارگرها اثراتی از هیدروژن را به عنوان یک محصول واکنش نشان دادند. رادرفورد پس از آن که آزمایش را با نیتروژن خالص تکرار کرد و مشاهده کرد که اثرات بیشتر شده‌اند، چنین نتیجه گرفت که این ذره‌های هیدروژن تنها می‌توانند از نیتروژن آمده باشند و بنابراین نیتروژن باید محتوی هسته هیدروژن باشد. یک هسته هیدروژن جدا شد و نیتروژن به اکسیژن-۱۷ تبدیل شد. این رخداد، نخستین واکنش هسته‌ای گزارش شده، بود.

رادرفورد دانسته‌بود که هیدروژن ساده‌ترین و سبک‌ترین عنصر است و تحت تأثیر فرضیه پروت بود که هیدروژن واحد سازنده همه عناسر است. کشف این مطلب که هسته هیدروژن در همه هسته‌های دیگر وجود دارد، رادرفورد را بر آن داشت که نامی ویژه به عنوان یک ذره، به هسته هیدروژن بدهد. رادرفورد چنین پنداشت که هیدروژن به عنوان سبک‌ترین عنصر، تنها دارای یکی از این ذره‌ها است و این واحد سازنده بنیادی جدید را پروتون نامید. این واژه از کلمه‌ای یونانی به معنی نخستین، مشتق شده‌بود.[۸]

پایداری[ویرایش]

پروتون آزاد (که به هیچ نوترون یا الکترونی پیوستگی ندارد) یک ذره پایدار است که تاکنون واپاشی آن مشاهده نشده‌است. پروتون آزاد در پلاسما که دمای آن به اندازه‌ای بالا است که اجازه ترکیب پروتون با الکترون را می‌دهد، وجود دارد. پروتون در نوعی واپاشی هسته‌ای نادر از برخی هسته‌های اتم نیز منتشر می‌شود. پروتون به همراه الکترون و پادنوترینو در واپاشی نوترون آزاد نیز پدید می‌آید.

تاکنون واپاشی خودبه‌خودی پروتون آزاد مشاهده نشده‌است. برای همین، پروتون به عنوان ذره پایدار در نظر گرفته می‌شود. البته برخی نظریه‌های وحدت بزرگ فیزیک ذرات پیش‌بینی می‌کنند که واپاشی پروتون با نیم‌عمری با مرتبه بزرگی ۱‎×۱۰۳۶ سال انجام می‌شود. هرچند که نتیجه بعضی آزمایش‌ها حد پایین‌تری را برای این مقدار، پیشنهاد می‌دهد.[۹]

از سوی دیگر، فرایند جذب الکترون توسط پروتون و تبدیل به نوترون، فرایندی شناخته‌شده در فیزیک است. البته این فرایند برای پروتون‌های آزاد، تنها در صورت وجود انرژی کافی انجام‌پذیر است. این واکنش، برگشت‌پذیر است و نوترون می‌تواند با تابش پرتو بتا به پروتون تبدیل شود که شکل متداولی از واپاشی هسته‌ای است. در واقع، نوترون آزاد با نیم‌عمر میانگین ۱۵ دقیقه به این صورت واپاشی می‌کند.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. Sarkar, ‎Utpal. Particle and Astroparticle Physics. CRC Press, 2008. 213-214. ISBN ISBN 1-58488-931-4. 
  2. Encyclopedia of Nuclear Physics and its Applications, 390.
  3. Adair, R.K.. The Great Design: Particles, Fields, and Creation. Oxford University Press، 1989. 214. 
  4. W.N. Cottingham, D.A. و Greenwood,. An introduction to nuclear physics. ویرایش دوم. Cambridge, UK: Cambridge University Press، 2001. شابک ‎۹۷۸۰۵۲۱۶۵۷۳۳۴. 
  5. Jean-Louis Basdevant; James Rich; Michel و Spiro. Fundamentals in nuclear physics : from nuclear structure to cosmology. ویرایش Online-Ausg.. New York, NY: Springer، 2005. شابک ‎۰-۳۸۷-۰۱۶۷۲-۴. 
  6. Eric R.. The periodic table its story and its significance. Oxford: Oxford University Press، 2007. شابک ‎۹۷۸-۰-۱۹-۵۳۴۵۶۷-۴.. 
  7. Petrucci, R.H.; Harwood, W.S.; Herring, F.G... General Chemistry. ویرایش هشتم. 2002. ۴۱. 
  8. Pais، Abraham. Inward bound : of matter and forces in the physical world. ویرایش Repr. Oxford: Clarendon Press [u.a.]، 2002. ۲۹۶. شابک ‎۰۱۹۸۵۱۹۹۷۴. 
  9. Lee، Dae-Gyu، R. Mohapatra، M. Parida و Merostar Rani. «Predictions for the proton lifetime in minimal nonsupersymmetric SO(10) models: An update». Physical Review D، ش. 1 (ژانویه 1995): 229–235. doi:10.1103/PhysRevD.51.229. 

پیوند به بیرون[ویرایش]