ПРОТО́Н

ПРОТО́Н (от греч. πρῶτος – пер­вый; сим­вол р), ста­биль­ная эле­мен­тар­ная час­ти­ца (верх­няя гра­ни­ца вре­ме­ни жиз­ни П. 2,1·10²⁹ лет); яд­ро ато­ма са­мо­го лёг­ко­го изо­то­па во­до­ро­да (H⁺). Вме­сте с ней­тро­на­ми П. об­ра­зу­ют яд­ра всех ато­мов тя­же­лее во­до­ро­да; чис­ло П. в яд­ре рав­но атом­но­му но­ме­ру дан­но­го хи­мич. эле­мен­та и, т. о., оп­ре­де­ля­ет его ме­сто в пе­рио­дич. сис­те­ме хи­мич. эле­мен­тов. Мас­са m_р=1,672621777(74)·10^–24 г≈1836m_е, где m_е – мас­са элек­тро­на; в энер­ге­тич. еди­ни­цах m_p≈938,3 МэВ. Элек­трич. за­ряд П. по­ло­жи­те­лен и по аб­со­лют­ной ве­ли­чи­не ра­вен за­ря­ду элек­тро­на: e=1,602176565·10^–19 Кл. Спин П. ра­вен ¹/₂, по­это­му П. под­чи­ня­ют­ся Фер­ми – Ди­ра­ка ста­ти­сти­ке. Маг­нит­ный мо­мент П. μ_p=2,792847356(23)μ_я, где μ_я – ядер­ный маг­не­тон. Сред­не­квад­ра­тич­ный ра­ди­ус П. со­став­ля­ет 0,8 фм. У П. су­ще­ству­ет ан­ти­час­ти­ца – ан­ти­про­тон. П. уча­ст­ву­ет во всех фун­дам. взаи­мо­дей­ст­ви­ях: силь­ном (яв­ля­ет­ся ад­ро­ном), элек­тро­маг­нит­ном, сла­бом и гра­ви­та­ци­он­ном. В клас­се ад­ро­нов П. от­но­сит­ся к под­клас­су ба­рио­нов и име­ет со­хра­няю­щий­ся ба­ри­он­ный за­ряд +1. В силь­ном взаи­мо­дей­ст­вии П. и ней­трон про­яв­ля­ют оди­на­ко­вые свой­ст­ва и рас­смат­ри­ва­ют­ся как два со­стоя­ния од­ной час­ти­цы – ну­кло­на, раз­ли­чаю­щие­ся про­ек­ция­ми изо­то­пи­че­ско­го спи­на.

Пред­став­ле­ние о П. воз­ник­ло в ре­зуль­та­те по­строе­ния пла­не­тар­ной мо­де­ли ато­ма (Э. Ре­зер­форд, 1911), от­кры­тия изо­то­пов (Ф. Сод­ди, Дж. Дж. Том­сон, Ф. Ас­тон, 1906–19), атом­ные мас­сы кото­рых ока­за­лись крат­ны­ми атом­ной мас­се во­до­ро­да, и экс­пе­рим. на­блю­де­ния ядер во­до­ро­да, вы­би­тых α-час­ти­ца­ми из ядер др. эле­мен­тов (Ре­зер­форд, 1919–20). Тер­мин «П.» ввёл Ре­зер­форд в нач. 1920-х гг.

В рам­ках ут­вер­див­шей­ся к нач. 2000-х гг. стан­дарт­ной мо­де­ли П. со­сто­ит из трёх квар­ков, удер­жи­вае­мых за счёт об­ме­на глюо­на­ми. Ок. 99% мас­сы П. обу­слов­ле­но энер­ги­ей дви­же­ния и взаи­мо­дей­ст­вия квар­ков и глюо­нов. Си­лы, свя­зы­ваю­щие ну­кло­ны в атом­ных яд­рах, и др. низ­ко­энер­ге­тич. про­цес­сы объ­яс­ня­ют­ся в осн. об­ме­ном вир­ту­аль­ным π-ме­зо­ном ме­ж­ду ну­кло­на­ми. Тео­ре­тич. ос­но­вой для опи­са­ния свойств П. в силь­ных взаи­мо­дей­ст­ви­ях яв­ля­ет­ся кван­то­вая хро­мо­ди­на­ми­ка.

Элек­тро­маг­нит­ные свой­ст­ва П. не­раз­рыв­но свя­за­ны с на­ли­чи­ем во­круг не­го об­ла­ка вир­ту­аль­ных ад­ро­нов. Имен­но взаи­мо­дей­ст­ви­ем γ-кван­та с вир­ту­аль­ны­ми π-ме­зо­на­ми ка­че­ст­вен­но объ­яс­ня­ет­ся боль­шое от­ли­чие маг­нит­но­го мо­мен­та П. от ядер­но­го маг­не­то­на. Экс­пе­ри­мен­та­ми по рас­сея­нию элек­тро­нов и γ-кван­тов на П. ус­та­нов­ле­ны про­стран­ст­вен­ные рас­пре­де­ле­ния элек­трич. за­ря­да и маг­нит­но­го мо­мен­та П. – его форм­фак­тор (Р. Хоф­стед­тер и др., 1957) и из­ме­ре­ны его элек­трич. и маг­нит­ная по­ля­ри­зуе­мо­сти (В. И. Голь­дан­ский и др., 1960).

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

В сво­бод­ном со­стоя­нии П. на­блю­да­ют­ся в кос­мич. лу­чах (ок. 90% их со­ста­ва) и при про­тон­ной ра­дио­ак­тив­но­сти не­ко­то­рых ядер.

Вви­ду ста­биль­но­сти П., на­ли­чия у не­го элек­трич. за­ря­да и от­но­сит. про­сто­ты по­лу­че­ния (ио­ни­за­ци­ей ато­мов во­до­ро­да) пуч­ки ус­ко­рен­ных П. яв­ля­ют­ся од­ним из осн. ин­ст­ру­мен­тов экс­пе­рим. фи­зи­ки эле­мен­тар­ных час­тиц. Ус­ко­рен­ные П. ис­поль­зу­ют­ся для изу­че­ния рас­сея­ния са­мих П., а так­же для по­лу­че­ния пуч­ков час­тиц: π- и K-ме­зо­нов, ан­ти­про­то­нов, мюо­нов. На ос­но­ве пуч­ков ус­ко­рен­ных П. ус­пеш­но раз­ви­ва­ет­ся про­тон­ная те­ра­пия в ме­ди­ци­не.

П. уча­ст­ву­ют в тер­мо­ядер­ных ре­ак­ци­ях, яв­ляю­щих­ся осн. ис­точ­ни­ком энер­гии звёзд. Важ­ное зна­че­ние име­ет учас­тие П. во мно­гих хи­мич. ре­ак­ци­ях (см., напр., Про­то­ли­ти­че­ские ре­ак­ции, Про­то­ни­ро­ва­ние), а так­же в ки­слот­но-ос­нóвном взаи­мо­дей­ст­вии (см. Ки­сло­ты и ос­но­ва­ния).