протон

ПРОТОН (от греч. protos - первый) (символ р)- стабильная элементарная частица, ядро атома водорода. Масса m_р = 1,672614(14)·10^-24 г1836 m_е, где m_е - масса электрона; в энергетич. единицах nip939,3 МэВ. Электрич. заряд П. положителен: е = 4,803242(14)·10^-10 СГСЭ единиц заряда. Спин П. равен, поэтому П. подчиняются Ферми - Дирака статистике. Магн. момент П. m_p = 2,792763(30)m_я, где m_Я - ядерный магнетон .Вместе с нейтронами П. образуют атомные ядра всех хим. элементов, при этом число П. в ядре равно атомному номеру данного элемента и, следовательно, определяет место элемента в периодич. системе элементов Менделеева. Существует античастица по отношению к П.- антипротон.

К представлению о П. 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 "П." ввёл Резерфорд в нач. 20-х гг.

П. является адроном. Кроме сильного взаимодействия он также участвует во всех др. фундам. взаимодействиях: электромагнитном, слабом и гравитационном. П. относится к классу барионов; его барионное число В = 1. Законом сохранения барионного числа определяется стабильность П.- самого лёгкого из ба-рионов. По геохим. данным, время жизни П. > 1,6·10^25d лет, а по данным эксперим. исследований конкретных мод распада П.,> 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 П. 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 П.- ядерные силы, связывающие нуклоны в ядре. При теоретич. описании сильного взаимодействия П. плодотворным оказался подход, основанный на предположении о том, что П. окружён облаком виртуальных частиц, к-рые он непрерывно испускает и поглощает. Взаимодействие П. 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 П. и нейтронов более высоких энергий объясняются участием в виртуальных процессах наряду с отд. пионами групп пионов, а также разл. мезонных резонансов.

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

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

Совр. трактовка структуры П. основана на квар-ковои модели адронов. согласно к-рой П. 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 П., свидетельствуют о существовании внутри П. точечноподобных рассеивающих центров - порто-нов. С точки зрения кварковой модели, партонами являются кварки.

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

Лит.: Резерфорд Э., Избр. научные труды кн 2- Строение атома и искусственное превращение элементов,пер. с англ., М., 1972; Жакоб М., Ландшофф П., Внутренняя структура протона, "УФН", 1981, т. 133, в. 3, с 505; "Phvs. Lett. В", 1990, v. 239, Review of particle properties.

Э. А. Тагиров.

   <<      Предметный указатель      >>