פרוטון

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
פרוטון
פרוטון מורכב משלושה קווארקים ולנטיים (uud). הגלואונים אשר מסומנים בצורת גלים תורמים ליציבות הפרוטון

פרוטון מורכב משלושה קווארקים ולנטיים (uud). הגלואונים אשר מסומנים בצורת גלים תורמים ליציבות הפרוטון
הרכב: האדרון
קבוצת שיוך: באריון
נוקליאון
חלקיק: פרוטון
תכונות
מסת מנוחה: ‎‎1.672×10-27kg
‎938 MeV/c2
מטען חשמלי: ‎+ e
ספין: ‎1/2 ħ
מטען צבע: 0
אינטראקציות: כבידה, אלקטרומגנטיות,
הכוח הגרעיני החזק
קומפוזיציה קווארקית: uud
היסטוריה
נצפה? כן
שנת גילוי: 1918

פְּרוֹטוֹן (מיוונית - פרוטון, ראשון‏[1]) הוא חלקיק בעל מטען חשמלי חיובי הנמצא בגרעין של כל אטום, יחד עם חלקיק נוסף בגרעין שהוא הנייטרון (שניהם יחד הם הנוקלאונים).

הפרוטון אינו חלקיק יסודי אלא מורכב משלושה קווארקים, שניים מסוג "מעלה" ואחד מסוג "מטה", המוחזקים יחד באמצעות הכוח הגרעיני החזק. הוא חלקיק יציב, שאינו דועך לחלקיקים אחרים.

היון החיובי של מימן (\ H^+) הוא פרוטון בודד (לפיכך בכימיה ובביולוגיה נהוג לכנות בשם פרוטון את היון \ H^+) .

תכונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

תכונותיו העיקריות של הפרוטון הן:‏[2]

גרעין האטום מורכב בעיקר מפרוטונים ונייטרונים המוחזקים יחד על ידי הכוח הגרעיני החזק (מלבד באיזוטופ הקל ביותר של אטום המימן שגרעינו מורכב מפרוטון יחיד בלבד). מספר הפרוטונים בגרעין קובע את תכונותיו החשמליות של האטום, וכתוצאה, את תכונותיו הכימיות, כלומר קובע את היסוד הכימי אליו הוא שייך.

לדוגמה: אטום שבגרעינו 2 פרוטונים הוא אטום הליום. הוספת פרוטון לגרעינו תמיר אותו לאטום ליתיום שהוא כמובן יסוד כימי שונה. למשל, בתנאים תקניים מצב הצבירה של הליום הוא גז ואילו הליתיום הוא מוצק. כמו כן, ליתיום הוא מתכתי, בניגוד להליום.

כאמור, מטענו החשמלי של פרוטון הינו חיובי ושווה בערכו למטען השלילי של אלקטרון, כך שכאשר מספר הפרוטונים בגרעין שווה למספר האלקטרונים המקיפים אותו האטום נייטרלי מבחינה חשמלית. שינוי מספר האלקטרונים הופך את האטום ליון.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הפרוטון התגלה על ידי ארנסט רתרפורד ב-1918 בניסויים בהם הופצצו אטומי חנקן בחלקיקי אלפא (שהם למעשה גרעיני הליום) והפכו לאטומי חמצן. רתרפורד היה גם זה שטבע את שמו.

יציבות[עריכת קוד מקור | עריכה]

הפרוטון נחשב ליציב, כלומר הוא אינו דועך לחלקיקים אחרים. זמן מחצית החיים שלו נחשב לגדול מאוד, ונמדד בניסויים בשיעור של יותר מ-‎2.1×1029שנים.

הסיבה העיקרית ליציבותו היא שהוא הבאריון הקל ביותר. באריונים מורכבים משלושה קווארקים, וקווארקים חייבים להווצר בזוגות תוך שמירה על מספר באריוני (קווארק לעולם לא נמצא לבד, ראו כרומודינמיקה קוונטית); כלומר אין חלקיק קל יותר אליו יכול הפרוטון להפוך, אלא תוך שבירה של המספר הבאריוני. שבירה כזו קיימת במידה קטנה, ונקראת באריוגנזה או יצירת באריונים. על-פי ההבנה המדעית כיום, בראשית היקום, לאחר המפץ הגדול, בהכרח חייבת הייתה להיות יצירת באריונים, במנגנון שאינו מובן כיום ואינו מוסבר במודל הסטנדרטי. מסיבות אלו, חקר דעיכת הפרוטון קשור ישירות לחקר הבאריוגנזה והיווצרות החומר ביקום, והוא תחום מחקר בולט בפיזיקת החלקיקים.

בעזרת תוספת אנרגיה, למשל בהתנגשות עם אלקטרון (e), הוא יכול להפוך לנייטרון (n) ונייטרינו (\nu), בתגובה הבאה:

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

התגובה ההפוכה מתרחשת מאליה, כאשר נייטרון מתפרק לפרוטון, אלקטרון ונייטרינו, עם זמן מחצית חיים של 15 דקות.

הפרוטון יכול באופן תאורטי לדעוך, על פי תאוריות שטרם זכו לביסוס כמו תאוריה מאוחדת גדולה שבה תהליך דעיכה יכול להיות:

\ \mathrm p^+ \rightarrow \mathrm e^+ +\pi^0.

כפי שרואים בתהליך הזה, נשבר המספר הבאריוני: ישנם שלושה קווארקים בפרוטון בצד שמאל - מספר באריוני אחד, לעומת קווארק ואנטי-קווארק בפאיון בצד ימין, המסתכמים לאפס. בנוסף נשבר גם המספר הלפטוני: אפס בצד שמאל ומינוס אחד מהפוזיטרון בצד ימין. המספר הבאריוני פחות המספר הלפטוני משתמר, המתבטא בחוק שימור שהוא אחד המאפיינים של התאוריה המאוחדת הגדולה.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ פרוטון באתר Online Etymology Dictionary
  2. ^ תכונות הפרוטון באתר Particle Data Group