domov » Kožne bolezni » Kaj je proton in kaj je v njem? Osnovni delci Kaj je proton.

Kaj je proton in kaj je v njem? Osnovni delci Kaj je proton.

Spodaj so navedeni vsi osnovni delci s petimi črkami. Za vsako definicijo je podan kratek opis.

Če imate kaj dodati, potem je spodaj na voljo obrazec za komentarje, v katerem lahko izrazite svoje mnenje ali dodate članek.

Seznam osnovnih delcev

Foton

Je kvant elektromagnetnega sevanja, na primer svetlobe. Svetloba pa je pojav, ki je sestavljen iz svetlobnih tokov. Foton je osnovni delec. Foton ima nevtralen naboj in ničelno maso. Spin fotona je enak enoti. Foton prenaša elektromagnetno interakcijo med nabitimi delci. Izraz foton izhaja iz grške besede phos, kar pomeni svetloba.

Phonon

Je kvazidelec, kvant elastičnih nihanj in premikov atomov in molekul kristalne mreže iz ravnotežnega položaja. V kristalnih mrežah atomi in molekule nenehno medsebojno delujejo in si med seboj delijo energijo. V zvezi s tem je skoraj nemogoče preučevati pojave, podobne vibracijam posameznih atomov v njih. Zato se naključna nihanja atomov običajno obravnavajo glede na vrsto širjenja zvočnih valov znotraj kristalne mreže. Kvanti teh valov so fononi. Izraz fonon izhaja iz grške besede phone – zvok.

Phazon

Fluktuonski fazon je kvazidelec, ki je vzbujanje v zlitinah ali v drugem heterofaznem sistemu, ki tvori potencialno jamo (feromagnetno območje) okoli nabitega delca, recimo elektrona, in ga zajame.

Roton

Je kvazidelec, ki ustreza elementarnemu vzbujanju v superfluidnem heliju, v območju visokih impulzov, povezanih s pojavom vrtinčnega gibanja v superfluidni tekočini. Roton, preveden iz latinščine pomeni - vrtenje, vrtenje. Roton se pojavi pri temperaturah nad 0,6 K in določa eksponentno temperaturno odvisne lastnosti toplotne kapacitete, kot je normalna entropija gostote in druge.

Meson

Je nestabilen neelementaren delec. Mezon je težak elektron v kozmičnih žarkih.
Masa mezona je večja od mase elektrona in manjša od mase protona.

Mezoni imajo sodo število kvarkov in antikvarkov. Mezoni vključujejo pione, kaone in druge težke mezone.

Quark

Je elementarni delec materije, a zaenkrat le hipotetično. Kvarke običajno imenujemo šest delcev in njihove antidelce (antikvarke), ti pa sestavljajo skupino posebnih osnovnih delcev hadronov.

Menijo, da so delci, ki sodelujejo v močnih interakcijah, kot so protoni, nevroni in nekateri drugi, sestavljeni iz med seboj tesno povezanih kvarkov. Kvarki nenehno obstajajo v različnih kombinacijah. Obstaja teorija, da bi lahko kvarki v prvih trenutkih po velikem poku obstajali v prosti obliki.

Gluon

Osnovni delec. Po eni teoriji se zdi, da gluoni zlepijo skupaj kvarke, ti pa tvorijo delce, kot so protoni in nevroni. Na splošno so gluoni najmanjši delci, ki tvorijo snov.

Bozon

Bozon-kvazidelec ali Bose-delec. Bozon ima ničelni ali celoštevilski spin. Ime je dobilo v čast fizika Shatyendranatha Boseja. Bozon je drugačen v tem, da ima lahko neomejeno število njih isto kvantno stanje.

hadron

Hadron je osnovni delec, ki ni zares elementaren. Sestavljen je iz kvarkov, antikvarkov in gluonov. Hadron nima barvnega naboja in sodeluje v močnih interakcijah, tudi jedrskih. Izraz hadron iz grške besede adros pomeni velik, masiven.

Prevajanje

riž. 1: atom vodika. Ne v merilu.

Veste, da veliki hadronski trkalnik v bistvu trka protone drug v drugega. Toda kaj je proton?

Prvič, to je grozna in popolna zmeda. Tako grdo in kaotično, kot je atom vodika preprost in eleganten.

Toda kaj je potem atom vodika?

To je najpreprostejši primer tega, kar fiziki imenujejo "vezano stanje". »Stanje« v bistvu pomeni nekaj, kar obstaja že kar nekaj časa, »povezano« pa pomeni, da so njeni sestavni deli med seboj povezani, kot zakonca v zakonu. Pravzaprav primer zakonskega para, v katerem je en zakonec veliko težji od drugega, tukaj zelo pristaja. Proton sedi v središču in se komaj premika, na robovih predmeta pa se premika elektron, ki se premika hitreje kot ti in jaz, vendar veliko počasneje od svetlobne hitrosti, univerzalne omejitve hitrosti. Mirna podoba zakonske idile.

Ali pa se zdi tako, dokler ne pogledamo v sam proton. Notranjost samega protona je bolj podobna komuni, kjer je na gosto stisnjenih veliko samskih odraslih in otrok: čisti kaos. Tudi to je vezano stanje, vendar ne povezuje nečesa preprostega, kot je proton z elektronom, kot pri vodiku, ali vsaj več deset elektronov z atomskim jedrom, kot pri kompleksnejših atomih, kot je zlato - ampak nešteto ( to pomeni, da jih je preveč in se spreminjajo prehitro, da bi jih lahko praktično prešteli) lahke delce, imenovane kvarki, antikvarki in gluoni. Nemogoče je preprosto opisati strukturo protona, narisati preproste slike - zelo je neorganizirana. Vsi kvarki, gluoni, antikvarki drvijo po notranjosti z največjo možno hitrostjo, skoraj s svetlobno hitrostjo.

riž. 2: Slika protona. Predstavljajte si, da vsi kvarki (gor, dol, čudno - u,d,s), antikvarki (u,d,s s pomišljajem) in gluoni (g) drvijo naprej in nazaj skoraj s svetlobno hitrostjo, trčijo z vsakim drugo, pojavi se in izgine

Morda ste že slišali, da je proton sestavljen iz treh kvarkov. Toda to je laž – za splošno dobro, a še vedno precej velika. Pravzaprav je v protonu nešteto gluonov, antikvarkov in kvarkov. Standardna okrajšava "proton je sestavljen iz dveh zgornjih kvarkov in enega spodnjega kvarka" preprosto pove, da ima proton dva več zgornjih kvarkov kot zgornjih kvarkov in enega več spodnjih kvarkov kot spodnjih kvarkov. Da bi bila ta redukcija resnična, ji je treba dodati "in še nešteto gluonov in parov kvark-antikvark." Brez tega izraza bo ideja o protonu tako poenostavljena, da bo povsem nemogoče razumeti delovanje LHC.

riž. 3: Male bele laži v stereotipni podobi Wikipedije

Na splošno so atomi v primerjavi s protoni kot pas de deux v dodelanem baletu v primerjavi z diskoteko, polno pijanih najstnikov, ki skačejo gor in dol in mahajo DJ-ju.

Če ste teoretik, ki poskuša razumeti, kaj bo LHC videl v trkih protonov, boste imeli težko delo. Zelo težko je napovedati rezultate trkov med predmeti, ki jih ni mogoče opisati na preprost način. Toda na srečo so teoretični fiziki od sedemdesetih let prejšnjega stoletja na podlagi Bjorkenovih zamisli iz šestdesetih let našli razmeroma preprosto in delujočo tehnologijo. A še vedno deluje do določenih meja, z natančnostjo približno 10%. Zaradi tega in nekaterih drugih razlogov je zanesljivost naših izračunov na LHC vedno omejena.

Druga stvar pri protonu je, da je majhen. Res majhen. Če atom vodika razstreliš na velikost svoje spalnice, bo proton tako majhen kot zrno prahu, da ga bo zelo težko opaziti. Ravno zato, ker je proton tako majhen, lahko zanemarimo kaos, ki se dogaja v njem, atom vodika pa opišemo kot preprostega. Natančneje, velikost protona je 100.000-krat manjša od velikosti atoma vodika.

Za primerjavo, velikost Sonca je le 3000-krat manjša od velikosti Osončja (merjeno z orbito Neptuna). Tako je – atom je bolj prazen kot sončni sistem! Spomnite se tega, ko ponoči gledate v nebo.

Lahko pa vprašate: »Počakaj malo! Ali pravite, da veliki hadronski trkalnik nekako trka protone, ki so 100.000-krat manjši od atoma? Kako je to sploh mogoče?

Odlično vprašanje.

Protonski trki proti mini trkom kvarkov, gluonov in antikvarkov

Trki protonov v LHC se zgodijo z določeno energijo. Leta 2011 je bil 7 TeV = 7000 GeV, leta 2012 pa 8 TeV = 8000 GeV. Toda fizike delcev zanimajo predvsem trki kvarka enega protona z antikvarkom drugega protona ali trki dveh gluonov itd. – nekaj, kar lahko vodi do nastanka resnično novega fizikalnega pojava. Ti mini trki nosijo majhen delež celotne energije trkov protonov. Koliko te energije lahko prenesejo in zakaj je bilo potrebno povečati energijo trka s 7 TeV na 8 TeV?

Odgovor je na sl. 4. Graf prikazuje število trkov, ki jih je zaznal detektor ATLAS. Podatki iz poletja 2011 vključujejo sipanje kvarkov, antikvarkov in gluonov od drugih kvarkov, antikvarkov in gluonov. Takšni mini trki najpogosteje proizvedejo dva curka (curek hadronov, manifestacije visokoenergijskih kvarkov, gluonov ali antikvarkov, izbitih iz matičnih protonov). Izmerijo se energije in smeri curkov, iz teh podatkov pa se določi količina energije, ki bi morala biti vključena v mini trk. Graf prikazuje število mini trkov te vrste kot funkcijo energije. Navpična os je logaritemska - vsaka vrstica označuje 10-kratno povečanje količine (10 n pomeni 1 in n ničel za njo). Na primer, število mini trkov, opaženih v energijskem intervalu od 1550 do 1650 GeV, je bilo približno 10 3 = 1000 (označeno z modrimi črtami). Upoštevajte, da se graf začne pri 750 GeV, vendar število mini trkov še naprej narašča, ko preučujete curke z nižjo energijo, vse do točke, ko curki postanejo prešibki, da bi jih zaznali.

riž. 4: število trkov kot funkcija energije (m jj)

Upoštevajte, da se je skupno število proton-protonskih trkov z energijo 7 TeV = 7000 GeV približalo 100 000 000 000 000. In od vseh teh trkov sta samo dva mini trka presegla 3500 GeV - polovico energije trka protonov. Teoretično bi lahko energija mini trka narasla na 7000 GeV, vendar se verjetnost za to ves čas zmanjšuje. Mini trke s 6000 GeV vidimo tako redko, da je malo verjetno, da bomo videli 7000 GeV, tudi če zberemo 100-krat več podatkov.

Kakšne so prednosti povečanja energije trka s 7 TeV v letih 2010–2011 na 8 TeV v letu 2012? Očitno je, da lahko to, kar lahko storite na energijski ravni E, zdaj storite na energijski ravni 8/7 E ≈ 1,14 E. Torej, če ste prej lahko upali, da boste v toliko podatkih videli znake določene vrste hipotetičnega delca z mase 1000 GeV/c 2, potem lahko sedaj upamo, da bomo dosegli vsaj 1100 GeV/c 2 z istim naborom podatkov. Zmogljivosti stroja se povečujejo – iščete lahko delce nekoliko večje mase. In če leta 2012 zberete trikrat več podatkov kot leta 2011, boste dobili več trkov za vsako energijsko raven in videli boste podpis hipotetičnega delca z maso, recimo, 1200 GeV/s 2 .

A to še ni vse. Poglejte modre in zelene črte na sl. 4: kažejo, da se pojavljajo pri energijah reda 1400 in 1600 GeV – tako da med seboj korelirajo kot 7 do 8. Pri energijski ravni protonskih trkov 7 TeV je število mini trkov kvarkov s kvarki , kvarki z gluoni itd. P. z energijo 1400 GeV je več kot dvakrat večje število trkov z energijo 1600 GeV. Ko pa stroj poveča energijo za 8/7, začne tisto, kar je delovalo pri 1400, delovati pri 1600. Z drugimi besedami, če vas zanimajo mini trki s fiksno energijo, se njihovo število poveča – in to veliko več kot 14-odstotno povečanje. v energiji trka protonov! To pomeni, da za kateri koli proces s prednostno energijo, recimo pojav lahkih Higgsovih delcev, ki se pojavi pri energijah reda 100-200 GeV, dobite več rezultatov za isti denar. Prehod s 7 na 8 TeV pomeni, da za enako število protonskih trkov dobite več Higgsovih delcev. Proizvodnja Higgsovih delcev se bo povečala za približno 1,5. Število up kvarkov in nekaterih vrst hipotetičnih delcev se bo še nekoliko povečalo.

To pomeni, da čeprav je število trkov protonov leta 2012 3-krat večje kot leta 2011, se bo skupno število proizvedenih Higgsovih delcev povečalo za skoraj 4-krat zgolj zaradi povečanja energije.

Mimogrede, sl. Slika 4 prav tako dokazuje, da protoni niso preprosto sestavljeni iz dveh zgornjih kvarkov in enega spodnjega kvarka, kot je prikazano na risbah, kot je sl. 3. Če bi bili, bi morali kvarki prenesti približno tretjino energije protonov in večina mini trkov bi se zgodila pri energijah približno tretjine energije trkov protonov: okoli 2300 GeV. Toda graf kaže, da se v območju 2300 GeV ne dogaja nič posebnega. Pri energijah pod 2300 GeV je veliko več trkov in nižje ko greste, več trkov vidite. To je zato, ker proton vsebuje ogromno število gluonov, kvarkov in antikvarkov, od katerih vsak prenese majhen del protonove energije, vendar jih je toliko, da sodelujejo v ogromnem številu mini trkov. Ta lastnost protona je prikazana na sl. 2 – čeprav je dejansko število nizkoenergijskih gluonov in parov kvark-antikvark veliko večje, kot je prikazano na sliki.

Česar pa graf ne pokaže, je delež, ki pri mini trkih z določeno energijo pade na trke kvarkov s kvarki, kvarkov z gluoni, gluonov z gluoni, kvarkov z antikvarki itd. Pravzaprav tega ni mogoče reči neposredno iz poskusov na LHC - curki kvarkov, antikvarkov in gluonov so videti enako. Kako poznamo te deleže, je zapletena zgodba, ki vključuje veliko različnih preteklih poskusov in teorije, ki jih združuje. In iz tega vemo, da se mini-trki z največjo energijo običajno zgodijo med kvarki in kvarki ter med kvarki in gluoni. Nizkoenergijski trki običajno nastanejo med gluoni. Trki med kvarki in antikvarki so razmeroma redki, vendar so za določene fizikalne procese zelo pomembni.

Porazdelitev delcev znotraj protona

riž. 5

Dva grafa, ki se razlikujeta v merilu navpične osi, prikazujeta relativno verjetnost trka z gluonom, zgornjim ali spodnjim kvarkom ali antikvarkom, ki nosi del protonove energije, ki je enaka x. Pri majhnem x prevladujejo gluoni (kvarki in antikvarki postanejo enako verjetni in številni, čeprav jih je še vedno manj kot gluonov), pri srednjem x pa prevladujejo kvarki (čeprav jih postane izjemno malo).

Oba grafikona prikazujeta isto stvar, le v drugačnem merilu, tako da je tisto, kar je težko videti na enem od njih, lažje videti na drugem. Pokažejo naslednje: če v velikem hadronskem trkalniku proti vam pride žarek protonov in zadenete nekaj znotraj protona, kakšna je verjetnost, da boste zadeli zgornji kvark, spodnji kvark, gluon ali antikvark navzgor ali kvark navzdol? antikvark, ki nosi delček protonove energije, ki je enak x? Iz teh grafov je mogoče sklepati, da:

Iz dejstva, da vse krivulje zelo hitro rastejo pri majhnih x (vidno na spodnjem grafu), sledi, da večina delcev v protonu prenese manj kot 10 % (x< 0,1) энергии протона, и вероятность столкнуться с частицей, переносящей мало энергии, гораздо больше вероятности столкнуться с частицей, переносящей много. При этом, 10% - не так уж и мало. В 2012 году лучи на БАК достигали энергий в 4 ТэВ, поэтому 10% означало 400 ГэВ. При этом для того, чтобы создать частицу хиггса энергией 124 ГэВ из двух глюонов требуется всего 62 ГэВ на глюон.
Ker je rumena krivulja (spodaj) precej višja od ostalih, sledi, da če naletite na nekaj, kar nosi manj kot 10 % energije protona, je to najverjetneje gluon; in če pade pod 2 % energije protona, je enako verjetno, da gre za kvarke ali antikvarke.
Ker se gluonska krivulja (zgoraj) z naraščanjem x spusti pod krivulje kvarkov, sledi, da če naletite na karkoli, kar nosi več kot 20 % (x > 0,2) energije protona - kar je zelo, zelo redko - je to najverjetneje kvark, in verjetnost, da je up kvark, je dvakrat večja od verjetnosti, da je down kvark. To je ostanek ideje, da je "proton dva gornja kvarka in en spodnji kvark."
Vse krivulje strmo padajo, ko x narašča; Zelo malo verjetno je, da boste naleteli na karkoli, kar nosi več kot 50 % energije protona.

Ta opažanja se posredno odražajo v grafu na sl. 4. Tukaj je še nekaj neočitnih stvari o obeh grafih:
Večina protonove energije je razdeljena (približno enako) med majhno število visokoenergijskih kvarkov in ogromno nizkoenergijskih gluonov.
Med delci po številu prevladujejo nizkoenergijski gluoni, sledijo pa jim kvarki in antikvarki zelo nizkih energij.

Število kvarkov in antikvarkov je ogromno, vendar: skupno število kvarkov navzgor minus skupno število antikvarkov navzgor je dva, skupno število kvarkov navzdol minus skupno število antikvarkov navzdol je ena. Kot smo videli zgoraj, dodatni kvarki nosijo pomemben (vendar ne večinski) delež energije protona, ki leti proti vam. In samo v tem smislu lahko rečemo, da je proton v osnovi sestavljen iz dveh zgornjih kvarkov in enega spodnjega kvarka.

Mimogrede, vse te informacije so bile pridobljene iz fascinantne kombinacije eksperimentov (predvsem o sipanju elektronov ali nevtrinov iz protonov ali iz atomskih jeder težkega vodika - devterija, ki vsebujejo en proton in en nevtron), sestavljenih z uporabo podrobnih enačb. opisovanje elektromagnetnih, močnih jedrskih in šibkih jedrskih interakcij. Ta dolga zgodba sega v konec šestdesetih in zgodnjih sedemdesetih let prejšnjega stoletja. Odlično deluje tudi pri napovedovanju pojavov, opaženih v trkalnikih, kjer protoni trčijo s protoni in protoni z antiprotoni, kot sta Tevatron in LHC.

Drugi dokazi za kompleksno strukturo protona

Poglejmo si nekaj podatkov, pridobljenih na LHC, in kako podpirajo trditve o strukturi protona (čeprav trenutno razumevanje protona sega 3-4 desetletja nazaj, zahvaljujoč številnim eksperimentom).

Graf na sl. 4 je pridobljen iz opazovanj trkov, med katerimi se zgodi nekaj podobnega tistemu, prikazanemu na sliki 1. 6: kvark ali antikvark ali gluon enega protona trči v kvark ali antikvark ali gluon drugega protona, se od njega razprši (ali pa se zgodi kaj bolj zapletenega - npr. dva gluona trčita in se spremenita v kvark in antikvark), kar povzroči v dveh delcih (kvarkih, antikvarkih ali gluonih) odletita stran od točke trka. Ta dva delca se spremenita v curke (hadronske curke). Energijo in smer curkov opazujemo v detektorjih delcev, ki obkrožajo točko udarca. Te informacije se uporabljajo za razumevanje, koliko energije je bilo v trku dveh prvotnih kvarkov/gluonov/antikvarkov. Natančneje, invariantna masa obeh curkov, pomnožena s c 2, daje energijo trka dveh prvotnih kvarkov/gluonov/antikvarkov.

riž. 6

Število trkov te vrste glede na energijo je prikazano na sl. 4. Dejstvo, da je pri nizkih energijah število trkov veliko večje, potrjuje dejstvo, da večina delcev znotraj protona prenese le majhen del svoje energije. Podatki se začnejo pri energijah 750 GeV.

riž. 7: Podatki za nižje energije, vzeti iz manjšega niza podatkov. Dijet masa – enako kot m jj na sl. 4.

Podatki za sl. 7 so vzeti iz eksperimenta CMS iz leta 2010, na katerem so narisali trke mesa do energij 220 GeV. Graf tukaj ni število trkov, ampak malo bolj zapleten: število trkov na GeV, to je število trkov, deljeno s širino stolpca histograma. Vidimo lahko, da enak učinek še naprej deluje v celotnem obsegu podatkov. Trki, kot so prikazani na sl. 6, se veliko več zgodi pri nizkih energijah kot pri visokih energijah. In to število še naprej raste, dokler curkov ni več mogoče razlikovati. Proton vsebuje veliko nizkoenergijskih delcev in malo jih nosi pomemben del njegove energije.

Kaj pa prisotnost antikvarkov v protonu? Trije najbolj zanimivi procesi, ki niso podobni trku, prikazanemu na sl. 6, ki se včasih pojavi na LHC (v enem od več milijonov proton-protonskih trkov), vključuje postopek:

Kvark + antikvark -> W +, W - ali Z delec.

Prikazane so na sl. 8.

riž. 8

Ustrezni podatki iz CMS so podani na sl. 9 in 10. Sl. Slika 9 prikazuje, da je število trkov, ki proizvedejo elektron ali pozitron (levo) in nekaj nezaznavnega (verjetno nevtrino ali antinevtrino) ali mion in antimion (desno), pravilno predvideno. Napoved je narejena s kombinacijo standardnega modela (enačbe, ki napovedujejo obnašanje znanih osnovnih delcev) in strukture protona. Veliki vrhovi v podatkih so posledica pojava delcev W in Z. Teorija popolnoma ustreza podatkom.

riž. 9: črne pike – podatki, rumene – napovedi. Število dogodkov je navedeno v tisočih. Levo: osrednji vrh je posledica nevtrinov v delcih W. Na desni sta lepton in antilepton, ki nastaneta pri trku, združena, masa delca, iz katerega sta nastala, pa je implicirana. Vrh se pojavi zaradi nastalih Z delcev.

Še več podrobnosti lahko vidite na sl. 10, kjer je prikazano, da se teorija po številu ne le teh, ampak tudi številnih povezanih meritev – večina jih je povezanih s trki kvarkov z antikvarki – popolnoma ujema s podatki. Podatki (rdeče pike) in teorija (modri stolpci) se nikoli ne ujemajo natančno zaradi statističnih nihanj, iz istega razloga, kot če desetkrat vržete kovanec, ni nujno, da boste dobili pet glav in pet repov. Zato so podatkovne točke postavljene znotraj »vrstice napak«, navpičnega rdečega traku. Velikost pasu je tolikšna, da bi za 30 % meritev moral pas napake mejiti na teorijo, le za 5 % meritev pa bi moral biti dva pasova stran od teorije. Vidimo lahko, da vsi dokazi potrjujejo, da proton vsebuje veliko antikvarkov. In pravilno razumemo število antikvarkov, ki nosijo določen del protonove energije.

riž. 10

Potem je vse malo bolj zapleteno. Vemo celo, koliko kvarkov navzgor in navzdol imamo glede na energijo, ki jo prenašajo, saj pravilno napovemo – z napako manjšo od 10 % – koliko več delcev W + dobimo kot delcev W (slika 11).

riž. enajst

Razmerje med zgornjimi in spodnjimi kvarki bi moralo biti blizu 1, vendar bi moralo biti več zgornjih kvarkov kot spodnjih kvarkov, zlasti pri visokih energijah. Na sl. 6 lahko vidimo, da bi nam moralo razmerje nastalih W + in W - delcev približno dati razmerje zgornjih in spodnjih kvarkov, ki sodelujejo pri proizvodnji delcev W. Toda na sl. Slika 11 kaže, da je izmerjeno razmerje med delci W + in W - 3 proti 2, ne 2 proti 1. To tudi kaže, da je naivna ideja o protonu, ki je sestavljen iz dveh zgornjih kvarkov in enega spodnjega kvarka, preveč poenostavljena. Poenostavljeno razmerje 2 proti 1 je zamegljeno, saj proton vsebuje veliko parov kvark-antikvark, od katerih sta zgornji in spodnji približno enaka. Stopnja zamegljenosti je določena z maso delca W 80 GeV. Če ga naredite lažjega, bo zamegljenosti več, če je težji, pa bo zamegljenosti manj, saj večina parov kvark-antikvark v protonu nosi malo energije.

Na koncu potrdimo dejstvo, da je večina delcev v protonu gluonov.

riž. 12

Za to bomo uporabili dejstvo, da lahko top kvarke ustvarimo na dva načina: kvark + antikvark -> top kvark + top antikvark ali gluon + gluon -> top kvark + top antikvark (slika 12). Poznamo število kvarkov in antikvarkov glede na energijo, ki jo prenašajo na podlagi meritev, prikazanih na sl. 9-11. Iz tega lahko uporabimo enačbe standardnega modela za napovedovanje, koliko vrhunskih kvarkov bo nastalo iz trkov samo kvarkov in antikvarkov. Na podlagi prejšnjih podatkov tudi menimo, da je v protonu več gluonov, zato bi se moral proces gluon + gluon -> top kvark + top antikvark pojavljati vsaj 5-krat pogosteje. Preprosto je preveriti, ali so tam gluoni; če niso, morajo biti podatki precej pod teoretičnimi napovedmi.
gluoni Dodaj oznake

S preučevanjem strukture snovi so fiziki ugotovili, iz česa so sestavljeni atomi, prišli do atomskega jedra in ga razdelili na protone in nevtrone. Vsi ti koraki so bili dani precej enostavno - le pospešiti je bilo treba delce do zahtevane energije, jih potisniti drug ob drugega, nato pa bi sami razpadli na svoje sestavne dele.

Toda s protoni in nevtroni ta trik ni več deloval. Čeprav so sestavljeni delci, jih ni mogoče "razbiti na koščke" niti v najbolj silovitem trku. Zato so fiziki potrebovali desetletja, da so našli različne načine, kako pogledati v notranjost protona, videti njegovo strukturo in obliko. Danes je preučevanje strukture protona eno najbolj aktivnih področij fizike delcev.

Narava daje namige

Zgodovina proučevanja strukture protonov in nevtronov sega v trideseta leta prejšnjega stoletja. Ko so poleg protonov odkrili še nevtrone (1932), so fiziki po merjenju njihove mase presenečeni ugotovili, da je zelo blizu masi protona. Poleg tega se je izkazalo, da protoni in nevtroni "čutijo" jedrsko interakcijo na popolnoma enak način. Tako enaka, da lahko z vidika jedrskih sil proton in nevtron obravnavamo kot dve manifestaciji istega delca - nukleona: proton je električno nabit nukleon, nevtron pa nevtralni nukleon. Zamenjajte protone z nevtroni in jedrske sile (skoraj) ne bodo opazile ničesar.

Fiziki to lastnost narave izražajo kot simetrijo – jedrska interakcija je simetrična glede na zamenjavo protonov z nevtroni, tako kot je simetričen metulj glede na zamenjavo levice z desnico. Ta simetrija je poleg tega, da je igrala pomembno vlogo v jedrski fiziki, pravzaprav prvi namig, da imajo nukleoni zanimivo notranjo strukturo. Res je, da fiziki v tridesetih letih tega namiga niso dojeli.

Razumevanje je prišlo kasneje. Začelo se je z dejstvom, da so v letih 1940–50 v reakcijah trkov protonov z jedri različnih elementov znanstveniki presenečeni odkrili vedno več novih delcev. Ne protoni, ne nevtroni, ne do takrat odkriti pi-mezoni, ki zadržujejo nukleone v jedrih, ampak nekateri popolnoma novi delci. Kljub vsej svoji raznolikosti so imeli ti novi delci dve skupni lastnosti. Prvič, tako kot nukleoni so zelo voljno sodelovali v jedrskih interakcijah - zdaj se takšni delci imenujejo hadroni. In drugič, bili so izjemno nestabilni. Najbolj nestabilni med njimi so razpadli na druge delce v samo bilijoninki nanosekunde, pri čemer sploh niso imeli časa, da bi poleteli v velikosti atomskega jedra!

Dolgo časa je bil hadronski "živalski vrt" popolna zmeda. Konec petdesetih let prejšnjega stoletja so fiziki spoznali že precej različnih vrst hadronov, jih začeli primerjati med seboj in v njihovih lastnostih nenadoma opazili neko splošno simetrijo, celo periodičnost. Predlagano je bilo, da je znotraj vseh hadronov (vključno z nukleoni) nekaj preprostih predmetov, imenovanih "kvarki". S kombiniranjem kvarkov na različne načine je možno dobiti različne hadrone, popolnoma enake vrste in z enakimi lastnostmi, kot so jih odkrili v poskusu.

Kaj naredi proton proton?

Potem ko so fiziki odkrili strukturo kvarkov hadronov in izvedeli, da so kvarki v več različnih različicah, je postalo jasno, da je mogoče iz kvarkov sestaviti veliko različnih delcev. Zato nihče ni bil presenečen, ko so naslednji poskusi drug za drugim odkrivali nove hadrone. Toda med vsemi hadroni je bila odkrita cela družina delcev, ki je tako kot proton sestavljena le iz dveh u-kvarki in ena d- kvark. Nekakšen "brat" protona. In tu je fizike čakalo presenečenje.

Najprej naredimo eno preprosto ugotovitev. Če imamo več predmetov, sestavljenih iz istih »opek«, potem težji predmeti vsebujejo več »opek«, lažji pa manj. To je zelo naraven princip, ki mu lahko rečemo princip kombinacije ali princip nadgradnje in odlično deluje tako v vsakdanjem življenju kot v fiziki. Kaže se celo v strukturi atomskih jeder – navsezadnje so težja jedra preprosto sestavljena iz večjega števila protonov in nevtronov.

Vendar na ravni kvarkov ta princip sploh ne deluje in fiziki resda še niso povsem ugotovili, zakaj. Izkazalo se je, da so tudi težki bratje protona sestavljeni iz istih kvarkov kot proton, čeprav so en in pol ali celo dvakrat težji od protona. Od protona se razlikujejo (in med seboj) ne sestava, in medsebojno lokacijo kvarkov, glede na stanje, v katerem so ti kvarki relativno drug proti drugemu. Dovolj je, da spremenimo relativni položaj kvarkov - in iz protona bomo dobili še en, opazno težji delec.

Kaj se bo zgodilo, če vseeno vzamete in zberete več kot tri kvarke skupaj? Ali bo nov težak delec? Presenetljivo ne bo delovalo - kvarki se bodo razdelili na tri in se spremenili v več razpršenih delcev. Iz nekega razloga narava "ne mara" združevanja številnih kvarkov v eno celoto! Šele pred kratkim, dobesedno v zadnjih letih, so se začela pojavljati namigovanja, da nekateri večkvarkovi delci res obstajajo, vendar to samo poudarja, kako zelo jih narava ne mara.

Iz te kombinatorike sledi zelo pomemben in globok sklep - masa hadronov sploh ni sestavljena iz mase kvarkov. Toda če je mogoče maso hadrona povečati ali zmanjšati s preprostim rekombiniranjem njegovih sestavnih opek, potem za maso hadronov niso odgovorni sami kvarki. In res, v nadaljnjih poskusih je bilo mogoče ugotoviti, da je masa samih kvarkov le okoli dva odstotka mase protona, preostala gravitacija pa nastane zaradi polja sil (posebnih delcev - gluonov), ki povežejo kvarke skupaj. S spreminjanjem relativne lege kvarkov, na primer z oddaljevanjem drug od drugega, s tem spremenimo gluonski oblak, ga naredimo masivnejšega, zato se poveča masa hadronov (slika 1).

Kaj se dogaja znotraj hitro premikajočega se protona?

Vse zgoraj opisano se nanaša na stacionarni proton, v jeziku fizikov je to zgradba protona v mirovanju. Vendar pa je bila v poskusu struktura protona prvič odkrita pod drugimi pogoji - znotraj hitro letenje proton.

V poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja so pri poskusih trkov delcev na pospeševalnikih opazili, da se protoni, ki potujejo s skoraj svetlobno hitrostjo, obnašajo, kot da energija v njih ni enakomerno porazdeljena, ampak je koncentrirana v posameznih kompaktnih objektih. Slavni fizik Richard Feynman je predlagal, da bi te grude snovi znotraj protonov imenovali protoni partons(iz angleščine del - del).

Poznejši poskusi so preučevali številne lastnosti partonov - na primer njihov električni naboj, njihovo število in delež protonske energije, ki jo nosi vsak. Izkazalo se je, da so nabiti partoni kvarki, nevtralni partoni pa gluoni. Da, ti isti gluoni, ki so v protonovem mirovalnem okvirju preprosto "služili" kvarkom in jih privlačili drug k drugemu, so zdaj samostojni partoni in skupaj s kvarki nosijo "snov" in energijo hitro premikajočega se protona. Eksperimenti so pokazali, da je približno polovica energije shranjena v kvarkih, polovica pa v gluonih.

Partone najprimerneje preučujemo pri trkih protonov z elektroni. Dejstvo je, da za razliko od protona elektron ne sodeluje pri močnih jedrskih interakcijah in je njegov trk s protonom videti zelo preprost: elektron za zelo kratek čas odda virtualni foton, ki se zaleti v nabit parton in na koncu ustvari veliko število delcev (slika 2). Lahko rečemo, da je elektron odličen skalpel za "odpiranje" protona in njegovo razdelitev na ločene dele - vendar le za zelo kratek čas. Če vemo, kako pogosto se takšni procesi pojavljajo v pospeševalniku, lahko izmerimo število partonov v protonu in njihove naboje.

Kdo so pravzaprav Partonovi?

In tu pridemo do še enega neverjetnega odkritja, do katerega so prišli fiziki med preučevanjem trkov osnovnih delcev pri visokih energijah.

V normalnih pogojih ima vprašanje, iz česa sestoji ta ali oni predmet, univerzalen odgovor za vse referenčne sisteme. Molekula vode je na primer sestavljena iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika – in ni pomembno, ali gledamo mirujočo ali premikajočo se molekulo. Vendar se to pravilo zdi tako naravno! - je kršena, če govorimo o osnovnih delcih, ki se gibljejo s hitrostjo blizu svetlobne hitrosti. V enem referenčnem okviru je lahko kompleksen delec sestavljen iz enega niza poddelcev, v drugem referenčnem okviru pa iz drugega. Izkazalo se je, da sestava je relativen pojem!

Kako je to mogoče? Pri tem je ključna ena pomembna lastnost: število delcev v našem svetu ni določeno – delci se lahko rodijo in izginejo. Na primer, če potisnete skupaj dva elektrona z dovolj visoko energijo, potem se poleg teh dveh elektronov lahko rodi bodisi foton bodisi par elektron-pozitron ali kak drug delček. Vse to dovoljujejo kvantne zakonitosti in prav to se dogaja v resničnih eksperimentih.

Toda ta "zakon neohranitve" delcev deluje v primeru trkov delci. Kako se zgodi, da isti proton z različnih zornih kotov izgleda, kot da je sestavljen iz različnega niza delcev? Bistvo je, da proton niso le trije kvarki skupaj. Med kvarki obstaja gluonsko silno polje. Na splošno je polje sile (kot je gravitacijsko ali električno polje) neke vrste materialna "entiteta", ki prežema prostor in omogoča delcem, da močno vplivajo drug na drugega. Tudi v kvantni teoriji polje sestavljajo delci, čeprav posebni – virtualni. Število teh delcev ni določeno, nenehno "brstijo" iz kvarkov in jih absorbirajo drugi kvarki.

počivanje Proton si lahko resnično predstavljamo kot tri kvarke z gluoni, ki skačejo med njimi. Če pa na isti proton pogledamo iz drugega referenčnega okvira, kot iz okna mimo vozečega »relativističnega vlaka«, bomo videli popolnoma drugačno sliko. Tisti virtualni gluoni, ki so zlepili kvarke skupaj, se bodo zdeli manj virtualni, "bolj resnični" delci. Seveda se še vedno rodijo in absorbirajo kvarki, hkrati pa nekaj časa živijo sami, letijo poleg kvarkov, kot pravi delci. Kar je videti kot preprosto polje sile v enem referenčnem sistemu, se v drugem sistemu spremeni v tok delcev! Upoštevajte, da se samega protona ne dotikamo, ampak ga samo gledamo iz drugega referenčnega okvira.

Še več. Bližje kot je hitrost našega "relativističnega vlaka" svetlobni hitrosti, bolj neverjetno sliko bomo videli v notranjosti protona. Ko se približujemo svetlobni hitrosti, bomo opazili, da je znotraj protona vedno več gluonov. Poleg tega se včasih razcepijo v pare kvark-antikvark, ki prav tako letijo v bližini in se prav tako štejejo za partone. Posledično se ultrarelativistični proton, tj. proton, ki se glede na nas giblje s hitrostjo, ki je zelo blizu svetlobni, pojavi v obliki prežemajočih se oblakov kvarkov, antikvarkov in gluonov, ki letijo skupaj in se zdi, da podpirajo drug drugega (slika 3).

Bralec, ki pozna teorijo relativnosti, bo morda zaskrbljen. Vsa fizika temelji na načelu, da vsak proces poteka enako v vseh inercialnih referenčnih sistemih. A izkazalo se je, da je sestava protona odvisna od referenčnega okvira, iz katerega ga opazujemo?!

Da, točno tako, vendar to nikakor ne krši načela relativnosti. Rezultati fizičnih procesov - na primer, kateri delci in koliko nastanejo kot posledica trka - se izkažejo za nespremenljive, čeprav je sestava protona odvisna od referenčnega okvira.

To situacijo, ki je na prvi pogled nenavadna, vendar zadošča vsem fizikalnim zakonom, je shematsko prikazana na sliki 4. Prikazuje, kako izgleda trk dveh protonov z visoko energijo v različnih referenčnih sistemih: v mirovanju enega protona, v okvir masnega središča, v preostalem okviru drugega protona . Interakcija med protoni se izvaja preko kaskade cepljenih gluonov, vendar le v enem primeru ta kaskada velja za "notranjost" enega protona, v drugem primeru se šteje za del drugega protona, v tretjem pa je preprosto nekaj predmet, ki se izmenjuje med dvema protonoma. Ta kaskada obstaja, je resnična, a kateremu delu procesa jo pripisati, je odvisno od referenčnega okvira.

3D portret protona

Vsi rezultati, o katerih smo pravkar govorili, so temeljili na poskusih, ki so bili opravljeni precej dolgo nazaj - v 60-70 letih prejšnjega stoletja. Zdi se, da bi moralo od takrat vse preučiti in na vsa vprašanja najti odgovore. Ampak ne – struktura protona še vedno ostaja ena najzanimivejših tem v fiziki delcev. Še več, zanimanje zanj se je v zadnjih letih spet povečalo, ker so fiziki ugotovili, kako dobiti "tridimenzionalni" portret hitro premikajočega se protona, kar se je izkazalo za veliko težje od portreta mirujočega protona.

Klasični poskusi trkov protonov povedo le o številu partonov in njihovi energijski porazdelitvi. V takih poskusih partoni sodelujejo kot neodvisni objekti, kar pomeni, da iz njih ni mogoče ugotoviti, kako se partoni med seboj nahajajo oziroma kako natančno se seštevajo v proton. Lahko rečemo, da je bil fizikom dolgo časa na voljo le »enodimenzionalni« portret hitro premikajočega se protona.

Da bi zgradili pravi, tridimenzionalni portret protona in ugotovili porazdelitev partonov v prostoru, so potrebni veliko bolj subtilni poskusi od tistih, ki so bili mogoči pred 40 leti. Fiziki so se naučili izvajati takšne poskuse pred kratkim, dobesedno v zadnjem desetletju. Ugotovili so, da med ogromnim številom različnih reakcij, ki nastanejo ob trku elektrona s protonom, obstaja ena posebna reakcija – globoko virtualno Comptonovo sipanje, - ki nam lahko pove o tridimenzionalni strukturi protona.

Na splošno je Comptonovo sipanje ali Comptonov učinek elastični trk fotona z delcem, na primer s protonom. Videti je takole: pride foton, ga absorbira proton, ki za kratek čas preide v vzbujeno stanje, nato pa se vrne v prvotno stanje in odda foton v neko smer.

Comptonovo sipanje navadnih svetlobnih fotonov ne vodi do nič zanimivega - je preprosto odboj svetlobe od protona. Da bi notranja struktura protona "prišla v poštev" in da bi "občutili" porazdelitev kvarkov, je treba uporabiti fotone zelo visoke energije - milijarde krat več kot pri navadni svetlobi. In prav takšne fotone – čeprav virtualne – zlahka ustvari vpadni elektron. Če zdaj združimo eno z drugim, dobimo globoko virtualno Comptonovo sipanje (slika 5).

Glavna značilnost te reakcije je, da ne uniči protona. Vpadni foton ne samo zadene protona, ampak ga tako rekoč previdno otipa in nato odleti. V katero smer odleti in kolikšen del energije mu proton vzame, je odvisno od zgradbe protona, od relativne razporeditve partonov v njem. Zato je s proučevanjem tega procesa mogoče obnoviti tridimenzionalni videz protona, kot da bi »izklesali njegovo skulpturo«.

Res je, eksperimentalnemu fiziku je to zelo težko narediti. Zahtevani postopek se pojavi precej redko in ga je težko registrirati. Prvi eksperimentalni podatki o tej reakciji so bili pridobljeni šele leta 2001 v pospeševalniku HERA v nemškem pospeševalnem kompleksu DESY v Hamburgu; eksperimentatorji zdaj obdelujejo novo serijo podatkov. Vendar že danes na podlagi prvih podatkov teoretiki rišejo tridimenzionalne porazdelitve kvarkov in gluonov v protonu. Iz eksperimenta je končno začela »nastajati« fizikalna količina, o kateri so fiziki prej le domnevali.

Ali nas na tem področju čakajo kakšna nepričakovana odkritja? Verjetno je, da ja. Za ponazoritev povejmo, da se je novembra 2008 pojavil zanimiv teoretični članek, ki trdi, da hitro gibajoči se proton ne bi smel izgledati kot ploščat disk, temveč kot bikonkavna leča. To se zgodi, ker so partoni, ki sedijo v osrednjem delu protona, močneje stisnjeni v vzdolžni smeri kot partoni, ki sedijo na robovih. Te teoretične napovedi bi bilo zelo zanimivo preizkusiti eksperimentalno!

Zakaj je vse to zanimivo za fizike?

Zakaj morajo fiziki sploh natančno vedeti, kako je snov porazdeljena znotraj protonov in nevtronov?

Prvič, to zahteva sama logika razvoja fizike. Na svetu je veliko osupljivo zapletenih sistemov, ki jim sodobna teoretična fizika še ni povsem kos. Hadroni so en tak sistem. Z razumevanjem strukture hadronov izpopolnjujemo sposobnosti teoretične fizike, ki se lahko izkaže za univerzalno in bo morda pomagala pri nečem povsem drugem, na primer pri preučevanju superprevodnikov ali drugih materialov z nenavadnimi lastnostmi.

Drugič, jedrska fizika ima neposredno korist. Kljub skoraj stoletni zgodovini proučevanja atomskih jeder teoretiki še vedno ne poznajo natančnega zakona interakcije med protoni in nevtroni.

Ta zakon morajo deloma uganiti na podlagi eksperimentalnih podatkov, deloma pa ga sestaviti na podlagi znanja o zgradbi nukleonov. Tu bodo v pomoč novi podatki o tridimenzionalni strukturi nukleonov.

Tretjič, pred nekaj leti je fizikom uspelo pridobiti nič manj kot novo agregatno stanje snovi - kvark-gluonsko plazmo. V tem stanju kvarki ne sedijo znotraj posameznih protonov in nevtronov, ampak se prosto sprehajajo po celotnem kepu jedrske snovi. To lahko dosežemo na primer takole: težka jedra v pospeševalniku pospešimo do hitrosti, ki je zelo blizu svetlobni, nato pa čelno trčita. Pri tem trku se za zelo kratek čas pojavijo temperature trilijonov stopinj, ki stopijo jedra v kvark-gluonsko plazmo. Tako se izkaže, da teoretični izračuni tega jedrskega taljenja zahtevajo dobro poznavanje tridimenzionalne strukture nukleonov.

Končno so ti podatki zelo potrebni za astrofiziko. Ko težke zvezde ob koncu svojega življenja eksplodirajo, za seboj pogosto pustijo izjemno kompaktne objekte – nevtronske in morda kvarkove zvezde. Jedro teh zvezd je v celoti sestavljeno iz nevtronov in morda celo iz hladne kvark-gluonske plazme. Takšne zvezde so že dolgo odkrili, vendar je mogoče le ugibati, kaj se dogaja v njih. Torej lahko dobro razumevanje porazdelitev kvarkov vodi do napredka v astrofiziki.

V tem članku boste našli informacije o protonu, kot osnovnem delcu, ki tvori osnovo vesolja skupaj z drugimi elementi, ki se uporabljajo v kemiji in fiziki. Ugotavljali bomo lastnosti protona, njegove kemijske značilnosti in stabilnost.

Kaj je proton

Proton je eden izmed predstavnikov osnovnih delcev, ki ga uvrščamo med barione, npr. v katerem fermioni močno interagirajo, sam delec pa je sestavljen iz 3 kvarkov. Proton je stabilen delec in ima osebno gibalno količino - spin ½. Fizična oznaka za proton je str(oz str +)

Proton je elementarni delec, ki sodeluje v procesih termonuklearnega tipa. Prav ta vrsta reakcije je v bistvu glavni vir energije, ki jo proizvajajo zvezde po vsem vesolju. Skoraj vsa količina energije, ki jo sprosti Sonce, obstaja samo zaradi združitve 4 protonov v eno helijevo jedro s tvorbo enega nevtrona iz dveh protonov.

Lastnosti, ki so lastne protonu

Proton je eden od predstavnikov barionov. To je dejstvo. Naboj in masa protona sta stalni količini. Proton je električno nabit +1, njegova masa pa je določena v različnih merskih enotah in je v MeV 938,272 0813(58), v kilogramih protona je teža v številkah 1,672 621 898(21) 10 −27 kg, v enotah atomskih mas je teža protona 1,007 276 466 879(91) a. e.m., glede na maso elektrona pa tehta proton 1836,152 673 89 (17) glede na elektron.

Proton, katerega definicija je bila že navedena zgoraj, je z vidika fizike elementarni delec s projekcijo izospina +½, jedrska fizika pa ta delec zaznava z nasprotnim znakom. Sam proton je nukleon in je sestavljen iz 3 kvarkov (dva u kvarka in en d kvark).

Strukturo protona je eksperimentalno preučeval jedrski fizik iz Združenih držav Amerike Robert Hofstadter. Da bi dosegel ta cilj, je fizik trčil protone z elektroni visoke energije in za svoj opis prejel Nobelovo nagrado za fiziko.

Proton vsebuje jedro (težko jedro), ki vsebuje približno petintrideset odstotkov energije električnega naboja protona in ima dokaj visoko gostoto. Lupina, ki obdaja jedro, je relativno izpraznjena. Lupina je sestavljena predvsem iz virtualnih mezonov tipa in p in nosi približno petdeset odstotkov električnega potenciala protona in se nahaja na razdalji približno 0,25 * 10 13 do 1,4 * 10 13 . Še dlje, na razdalji približno 2,5 * 10 13 centimetrov, je lupina sestavljena iz in w virtualnih mezonov in vsebuje približno preostalih petnajst odstotkov električnega naboja protona.

Protonska stabilnost in stabilnost

V prostem stanju proton ne kaže znakov razpada, kar kaže na njegovo stabilnost. Stabilno stanje protona, kot najlažjega predstavnika barionov, določa zakon o ohranitvi števila barionov. Ne da bi kršili zakon SBC, so protoni sposobni razpadati v nevtrine, pozitrone in druge, lažje osnovne delce.

Proton atomskega jedra ima sposobnost zajeti določene vrste elektronov, ki imajo K, L, M atomske lupine. Proton, ki je končal zajem elektronov, se spremeni v nevtron in posledično sprosti nevtrino, "luknja", ki nastane kot posledica zajetja elektronov, pa se napolni z elektroni nad spodnjimi atomskimi plastmi.

V neinercialnih referenčnih sistemih morajo protoni pridobiti omejeno življenjsko dobo, ki jo je mogoče izračunati; to je posledica Unruhovega učinka (sevanje), ki v kvantni teoriji polja napoveduje možno opazovanje toplotnega sevanja v referenčnem sistemu, ki je pospešeno v odsotnost te vrste sevanja. Tako lahko proton, če ima končno življenjsko dobo, razpade beta v pozitron, nevtron ali nevtrino, kljub temu, da je sam proces takega razpada na ZSE prepovedan.

Uporaba protonov v kemiji

Proton je atom H, zgrajen iz enega protona in nima elektrona, zato je v kemijskem smislu proton eno jedro atoma H. Nevtron v paru s protonom ustvari jedro atoma. V PTCE Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva številka elementa označuje število protonov v atomu določenega elementa, številka elementa pa je določena z atomskim nabojem.

Vodikovi kationi so zelo močni akceptorji elektronov. V kemiji se protoni pridobivajo predvsem iz organskih in mineralnih kislin. Ionizacija je metoda proizvajanja protonov v plinskih fazah.

Deliti: