Протон

Протон

Кварк содержание протона. Назначение цвета отдельных кварков произвольно, но все три цвета должны присутствовать. Силы между кварками опосредуются глюонами .
Классификация	Барион
Сочинение	2 верхних кварка (u), 1 нижний кварк (d)
Статистика	Фермионный
Взаимодействия	Гравитация , электромагнитная , слабая , сильная
Символ	п , п+ , N+ , 1 1ЧАС+
Античастица	Антипротон
Теоретически	Уильям Праут (1815)
Обнаруженный	Наблюдаемые в H + по Eugen Goldstein (1886 г.). Определен в других ядрах (и назван) Эрнестом Резерфордом (1917–1920).
Масса	1,672 621 923 69 (51) × 10 −27  кг [1] 938.272 088 16 (29)  МэВ / c 2 [2] 1.007 276 466 621 (53)  u [2]
Средняя продолжительность жизни	> 2,1 × 10 29  лет (стабильно)
Электрический заряд	+1  е 1,602 176 634 × 10 −19  ° C [2]
Радиус заряда	0,8414 (19)  фм [2]
Электрический дипольный момент	< 5,4 × 10 −24  e ⋅ см
Электрическая поляризуемость	1,20 (6) × 10 −3  фм 3
Магнитный момент	1,410 606 797 36 (60) × 10 −26  Дж ⋅ Т −1 [2] 1,521 032 202 30 (46) × 10 -3  μ B [2] 2,792 847 344 63 (82)  μ N [2]
Магнитная поляризуемость	1,9 (5) × 10 −4  фм 3
Вращение	1/2
Изоспин	1/2
Паритет	+1
Сжатый	I ( J P ) =1/2(1/2+ )

Протона является субатомная частиц , символ
п
или же
п⁺
, с положительным электрическим зарядом +1 е элементарного заряда и массой немного меньше, чем у нейтрона . Протоны и нейтроны, каждый с массой около одной атомной единицы массы , вместе называются « нуклонами » (частицами, присутствующими в атомных ядрах).

Один или несколько протонов присутствуют в ядре каждого атома ; они являются необходимой частью ядра. Число протонов в ядре является определяющим свойством элемента и называется атомным номером (обозначается символом Z ). Поскольку каждый элемент имеет уникальное количество протонов, каждый элемент имеет свой уникальный атомный номер.

Слово протон в переводе с греческого означает «первый», и это название было дано ядру водорода Эрнестом Резерфордом в 1920 году. В предыдущие годы Резерфорд обнаружил, что ядро водорода (известное как самое легкое ядро) может быть извлечено из ядер. из азота с помощью атомных столкновений. ^[3] Таким образом, протоны были кандидатом на роль элементарной частицы и, следовательно, строительного блока азота и всех других более тяжелых атомных ядер.

Хотя протоны были первоначально рассмотрены фундаментальными или элементарные частицы , в современной Стандартной модели в физике элементарных частиц , протоны классифицируются как адроны , как нейтроны , другой нуклон . Протоны - составные частицы, состоящие из трех валентных кварков : двух верхних кварков заряда +2/3е и один нижний кварк заряда -1/3е . В остальных массах кварков способствуют лишь около 1% от массы протона в. ^[4] Остальная часть массы протона связана с энергией связи квантовой хромодинамики , которая включает кинетическую энергию кварков и энергию глюонных полей, связывающих кварки вместе. Поскольку протоны не являются элементарными частицами, они обладают измеримым размером; корень среднего квадрата радиус заряда протона составляет около 0.84-0.87 фмов (или0,84 × 10 ⁻¹⁵ до0,87 × 10 ⁻¹⁵  м ). ^{[5] [6]} В 2019 году два разных исследования с использованием разных методов показали, что радиус протона составляет 0,833 фм с погрешностью ± 0,010 фм. ^{[7] [8]}

Свободные протоны иногда встречаются на Земле: грозы могут производить протоны с энергией до нескольких десятков МэВ. ^{[9] [10]} При достаточно низких температурах и кинетических энергиях свободные протоны связываются с электронами . Однако характер таких связанных протонов не меняется, и они остаются протонами. Быстрый протон, движущийся через вещество, будет замедляться за счет взаимодействия с электронами и ядрами, пока не будет захвачен электронным облаком атома. В результате получается протонированный атом, представляющий собой химическое соединение водорода. В вакууме, когда присутствуют свободные электроны, достаточно медленный протон может подхватить единственный свободный электрон, став нейтральным атомом водорода , который химически являетсясвободный радикал . Такие «свободные атомы водорода» имеют тенденцию вступать в химическую реакцию со многими другими типами атомов при достаточно низких энергиях. Когда свободные атомы водорода реагируют друг с другом, они образуют нейтральные молекулы водорода (H ₂ ), которые являются наиболее распространенным молекулярным компонентом молекулярных облаков в межзвездном пространстве .

Свободные протоны обычно используются в ускорителях для протонной терапии или различных экспериментов по физике элементарных частиц , самым мощным примером которых является Большой адронный коллайдер .

Описание [ править ]

Протоны спин-1/2 фермионы и состоят из трех валентных кварков ^[11], что делает их барионами (подтип адронов ). Два верхних кварка и один нижний кварк протона удерживаются вместе сильной силой , опосредованной глюонами . ^{[12] : 21–22} В современной перспективе протон состоит из валентных кварков (вверх, вверх, вниз), глюонов и переходных пар морских кварков . Протоны имеют распределение положительного заряда, которое приблизительно экспоненциально затухает со среднеквадратичным радиусом около 0,8 фм. ^[13]

И протоны, и нейтроны являются нуклонами , которые могут быть связаны ядерной силой с образованием атомных ядер . Ядро из наиболее распространенного изотопа от атома водорода (с химическим символом «H») является одиноким протоном. Ядра тяжелых изотопов водорода дейтерия и трития содержат один протон, связанный с одним и двумя нейтронами соответственно. Все другие типы атомных ядер состоят из двух или более протонов и различного количества нейтронов.

История [ править ]

Концепция водородоподобной частицы как составной части других атомов развивалась в течение длительного периода. Еще в 1815 году Уильям Праут предположил, что все атомы состоят из атомов водорода (которые он называл «протилами»), основываясь на упрощенной интерпретации ранних значений атомных весов (см . Гипотезу Праута ), которая была опровергнута, когда были получены более точные значения. измеряется. ^{[14] : 39–42}

В 1886 году Ойген Гольдштейн открыл канальные лучи (также известные как анодные лучи) и показал, что это положительно заряженные частицы (ионы), образованные из газов. Однако, поскольку частицы из разных газов имели разные значения отношения заряда к массе (э / м), они не могли быть идентифицированы с одной частицей, в отличие от отрицательных электронов, обнаруженных Дж . Дж. Томсоном . Вильгельм Вин в 1898 году определил ион водорода как частицу с самым высоким отношением заряда к массе в ионизированных газах. ^[15]

После открытия ядра атома Эрнестом Резерфордом в 1911 году Антониус ван ден Брук предположил, что место каждого элемента в периодической таблице (его атомный номер) равно его ядерному заряду. Это было экспериментально подтверждено Генри Мозли в 1913 году с использованием рентгеновских спектров .

В 1917 году (в экспериментах, опубликованных в 1919 и 1925 годах) Резерфорд доказал, что ядро ​​водорода присутствует в других ядрах, результат обычно описывается как открытие протонов. ^[16] Эти эксперименты начались после того, как Резерфорд заметил, что когда альфа-частицыбыли выпущены в воздух (в основном азотом), его сцинтилляционные детекторы показали характерные черты ядер водорода как продукта. После экспериментов Резерфорд проследил реакцию на азот в воздухе и обнаружил, что когда альфа-частицы вводились в чистый газообразный азот, эффект был сильнее. В 1919 году Резерфорд предположил, что альфа-частица выбила протон из азота, превратив его в углерод. После наблюдения изображений камеры Вильсона Блэкетта в 1925 году Резерфорд понял, что все было наоборот: после захвата альфа-частицы ядро ​​водорода выбрасывается, так что тяжелый кислород, а не углерод, является конечным результатом, т.е. Z не уменьшается, а увеличивается. . Это была первая описанная ядерная реакция , ¹⁴ N + α → ¹⁷О + п. Резерфорд сначала подумал бы о нашем современном "p" в этом уравнении как об ионе водорода H +.

В зависимости от точки зрения, 1919 год (когда экспериментально считалось, что он получен из другого источника, чем водород) или 1920 год (когда он был признан и предложен как элементарная частица) можно рассматривать как момент, когда протон был «открыт».

Резерфорд знал, что водород является самым простым и легким элементом, и на него повлияла гипотеза Праута о том, что водород является строительным блоком всех элементов. Открытие того, что ядро ​​водорода присутствует в других ядрах как элементарная частица, привело Резерфорда к тому, чтобы дать ядру водорода H + особое имя как частица, поскольку он подозревал, что водород, самый легкий элемент, содержит только одну из этих частиц. Он назвал этот новый фундаментальный строительный блок ядра протоном в честь среднего единственного числа греческого слова, означающего «первый», πρ "τον. Однако Резерфорд также имел в виду слово протил, использованное Праутом. Резерфорд выступил в Британской ассоциации содействия развитию науки в Кардиффе.встреча началась 24 августа 1920 года. ^[17] Резерфорд, таким образом, предположил, что эта азотная реакция была протоном ¹⁴ N + α → ¹⁷ O +. На встрече Оливер Лодж попросил его дать новое название положительному ядру водорода, чтобы его не путали с нейтральным атомом водорода. Первоначально он предлагал и протон, и прутон (после Праута). ^[18] Резерфорд позже сообщил, что собрание приняло его предложение назвать ядро ​​водорода «протоном», следуя слову Праута «протил». ^[19] Первое использование слова «протон» в научной литературе появилось в 1920 году. ^[20]

Стабильность [ править ]

Свободный протон (протон, не связанный с нуклонами или электронами) - это стабильная частица, которая, как не наблюдалось, спонтанно распадается на другие частицы. Свободные протоны встречаются естественным образом в ряде ситуаций, в которых энергия или температура достаточно высоки, чтобы отделить их от электронов, к которым они имеют некоторое сродство. Свободные протоны существуют в плазме, температура в которой слишком высока, чтобы позволить им соединяться с электронами . Свободные протоны высокой энергии и скорости составляют 90% космических лучей , которые распространяются в вакууме на межзвездные расстояния. Свободные протоны испускаются непосредственно из атомных ядер в некоторых редких типах радиоактивного распада.. Протоны также возникают (наряду с электронами и антинейтрино ) в результате радиоактивного распада свободных нейтронов, которые нестабильны.

Самопроизвольный распад свободных протонов никогда не наблюдался, и поэтому протоны считаются стабильными частицами согласно Стандартной модели. Однако некоторые теории великого объединения (GUT) физики элементарных частиц предсказывают, что распад протона должен происходить с временем жизни от 10 ³¹ до 10 ³⁶ лет, а экспериментальные исследования установили нижние границы среднего времени жизни протона для различных предполагаемых продуктов распада. ^{[21] [22] [23]}

Эксперименты на Супер-Камиоканд детекторе в Японии дали более низкие пределы для протонов средней продолжительности жизни в6,6 × 10 ³³  лет для распада на антимюон и нейтральный пион , и8,2 × 10 ³³  года для распада на позитрон и нейтральный пион. ^{[24] В} другом эксперименте в нейтринной обсерватории Садбери в Канаде проводился поиск гамма-лучей, возникающих от остаточных ядер в результате распада протона из кислорода-16. Этот эксперимент был разработан для обнаружения распада любого продукта и установил нижний предел времени жизни протона, равный2,1 × 10 ²⁹  лет . ^[25]

Однако известно, что протоны превращаются в нейтроны в процессе захвата электронов (также называемого обратным бета-распадом ). Для свободных протонов этот процесс происходит не спонтанно, а только при подаче энергии. Уравнение:

п⁺
+ е- → п + νе

Процесс обратимый; нейтроны могут превращаться обратно в протоны посредством бета-распада , распространенной формы радиоактивного распада . Фактически, свободный нейтрон распадается таким образом со средним временем жизни около 15 минут.

Кварки и масса протона [ править ]

В квантовой хромодинамике , современной теории ядерной силы, большая часть массы протонов и нейтронов объясняется специальной теорией относительности . Масса протона примерно в 80–100 раз больше суммы масс покоя составляющих его кварков , в то время как глюоны имеют нулевую массу покоя. Дополнительная энергия кварков и глюонов в области внутри протона по сравнению с энергией покоя одних кварков в вакууме КХД составляет почти 99% массы. Таким образом, масса покоя протона есть инвариантная массасистемы движущихся кварков и глюонов, составляющих частицу, и в таких системах даже энергия безмассовых частиц по- прежнему измеряется как часть массы покоя системы.

Для обозначения массы кварков, составляющих протоны, используются два термина: текущая масса кварка относится к массе самого кварка, а составляющая масса кварка относится к текущей массе кварка плюс массе поля глюонных частиц, окружающего кварк. ^{[26] : 285–286 [27] : 150–151} Эти массы обычно имеют очень разные значения. Как уже отмечалось, большая часть массы протона происходит от глюонов, которые связывают текущие кварки вместе, а не от самих кварков. Хотя глюоны по своей сути безмассовые, они обладают энергией, а точнее, энергией связи квантовой хромодинамики.(QCBE) - и именно это так сильно влияет на общую массу протонов (см. Массу в специальной теории относительности ). Протон имеет массу приблизительно 938  МэВ / c 2 , из которых масса покоя его трех валентных кварков дает только около 9,4 МэВ / c ² ; большая часть остатка может быть отнесена к КСБЭ глюонов . ^{[28] [29] [30]}

Волновая функция модели составляющего кварка для протона равна

${\displaystyle |p_{\uparrow }\rangle ={\frac {1}{\sqrt {18}}}[2|u_{\uparrow }d_{\downarrow }u_{\uparrow }\rangle +2|u_{\uparrow }u_{\uparrow }d_{\downarrow }\rangle +2|d_{\downarrow }u_{\uparrow }u_{\uparrow }\rangle -|u_{\uparrow }u_{\downarrow }d_{\uparrow }\rangle -|u_{\uparrow }d_{\uparrow }u_{\downarrow }\rangle -|u_{\downarrow }d_{\uparrow }u_{\uparrow }\rangle -|d_{\uparrow }u_{\downarrow }u_{\uparrow }\rangle -|d_{\uparrow }u_{\uparrow }u_{\downarrow }\rangle -|u_{\downarrow }u_{\uparrow }d_{\uparrow }\rangle ].}$

Внутренняя динамика протонов сложна, потому что она определяется кварками, обменивающимися глюонами и взаимодействующими с различными вакуумными конденсатами. Решеточная КХД позволяет вычислить массу протона прямо из теории с любой принципиальной точностью. Самые последние расчеты ^{[31] [32]} утверждают, что масса определяется с точностью лучше 4%, даже с точностью до 1% (см. Рисунок S5 в работе Дюрра и др. ^[32] ). Эти утверждения до сих пор спорны, потому что расчеты еще не могут быть выполнены с кварками, такими легкими, как в реальном мире. Это означает, что прогнозы находятся в процессе экстраполяции , которая может вносить систематические ошибки. ^[33]Трудно сказать, правильно ли контролируются эти ошибки, потому что величины, которые сравниваются с экспериментом, - это массы адронов , которые известны заранее.

Эти недавние вычисления выполняются на огромных суперкомпьютерах, и, как отметили Боффи и Паскини: «подробное описание структуры нуклона все еще отсутствует, потому что ... поведение на больших расстояниях требует непертурбативной и / или численной обработки ...» ^{[ 34]} Более концептуальные подходы к структуре протонов: топологический солитонный подход, первоначально разработанный Тони Скирмом, и более точный подход AdS / QCD, который расширяет его, чтобы включить струнную теорию глюонов ^[35], различные модели, вдохновленные КХД, такие как модель сумки и составной кварковой модели, которые были популярны в 1980 - х годах, а правила СВЗ сумма, позволяющие производить грубые приблизительные расчеты массы. ^[36] Эти методы не обладают такой же точностью, как методы КХД на решетке с использованием более грубой силы, по крайней мере, пока.

Радиус заряда [ править ]

Проблема определения радиуса атомного ядра (протона) аналогична проблеме атомного радиуса , поскольку ни атомы, ни их ядра не имеют определенных границ. Однако ядро ​​можно смоделировать как сферу положительного заряда для интерпретации экспериментов по рассеянию электронов : поскольку для ядра нет определенной границы, электроны «видят» диапазон поперечных сечений, для которых можно принять среднее значение. . Определение «среднеквадратичное значение» (от « среднеквадратичного ») возникает потому, что это ядерное поперечное сечение, пропорциональное квадрату радиуса, которое является определяющим для рассеяния электронов.

Международно принятое значение зарядового радиуса протона составляет0,8768  фм (см. На порядки величины для сравнения с другими размерами). Это значение основано на измерениях с участием протона и электрона (а именно, измерениях рассеяния электронов и сложных расчетах, включающих сечение рассеяния на основе уравнения Розенблута для сечения передачи импульса ), а также на исследованиях атомных уровней энергии водорода и дейтерия.

Однако в 2010 году международная группа исследователей опубликовала результаты измерения зарядового радиуса протона с помощью лэмбовского сдвига в мюонном водороде ( экзотический атом, состоящий из протона и отрицательно заряженного мюона ). Поскольку мюон в 200 раз тяжелее электрона, его длина волны де Бройля соответственно короче. Эта меньшая атомная орбиталь намного более чувствительна к радиусу заряда протона, поэтому позволяет более точное измерение. Их измерение среднеквадратичного зарядового радиуса протона:0,841 84 (67) фм , что на 5,0 стандартных отклонения отличается от значения CODATA0,8768 (69) фм ». ^[37] В январе 2013 года обновленное значение зарядового радиуса протона -0.840 87 (39) fm - опубликовано. Точность была улучшена в 1,7 раза, достоверность расхождения увеличилась до 7σ. ^[6] Корректировка CODATA в 2014 г. немного снизила рекомендованное значение радиуса протона (рассчитанного только с использованием электронных измерений) до0,8751 (61) фм , но это оставляет расхождение на уровне 5,6σ.

Если бы в измерениях или расчетах не было обнаружено ошибок, пришлось бы заново исследовать самую точную и наиболее проверенную фундаментальную теорию в мире: квантовую электродинамику . ^[38] Радиус протона был загадкой по состоянию на 2017 год. ^{[39] [40]}

Разрешение было достигнуто в 2019 году, когда два разных исследования с использованием разных методов, включающих лэмбовский сдвиг электрона в водороде, и соответствующее исследование для мюонного протия, обнаружили, что радиус протона составляет 0,833 фм с погрешностью ± 0,010 фм. . ^{[41] [42]}

Радиус протона связан с форм-фактором и сечением передачи импульса . Атомный форм-фактор G изменяет сечение, соответствующее точечному протону.

${\displaystyle {\begin{aligned}R_{e}^{2}&=-6{{\frac {dG_{e}}{dq^{2}}}\,{\Bigg \vert }\,}_{q^{2}=0}\\{\frac {d\sigma }{d\Omega }}\ &={{\frac {d\sigma }{d\Omega }}\,{\Bigg \vert }\,}_{\text{point}}G^{2}(q^{2})\end{aligned}}}$

Атомный форм - фактор связан с волновой функцией плотности мишени:

${\displaystyle G(q^{2})=\int e^{iqr}\psi (r)^{2}\,dr^{3}}$

Форм-фактор можно разделить на электрический и магнитный. В дальнейшем они могут быть записаны как линейные комбинации форм-факторов Дирака и Паули. ^[40]

${\displaystyle {\begin{aligned}G_{m}&=F_{D}+F_{P}\\G_{e}&=F_{D}-\tau F_{P}\\{\frac {d\sigma }{d\Omega }}&={{\frac {d\sigma }{d\Omega }}\,{\Bigg \vert }\,}_{NS}{\frac {1}{1+\tau }}\left(G_{e}^{2}\left(q^{2}\right)+{\frac {\tau }{\epsilon }}G_{m}^{2}\left(q^{2}\right)\right)\end{aligned}}}$

Давление внутри протона [ править ]

Поскольку протон состоит из кварков, удерживаемых глюонами, можно определить эквивалентное давление, которое действует на кварки. Это позволяет рассчитать их распределение как функцию расстояния от центра, используя комптоновское рассеяние высокоэнергетических электронов (DVCS, для глубоко виртуального комптоновского рассеяния ). Давление максимально в центре, примерно в 10 ³⁵ Па, что больше, чем давление внутри нейтронной звезды . ^[43] Он положительный (отталкивающий) на радиальном расстоянии около 0,6 фм, отрицательный (притягивающий) на больших расстояниях и очень слабый на расстоянии более 2 фм.

Радиус заряда в сольватированном протоне, гидроксоний [ править ]

Радиус гидратированного протона появляется в уравнении Борна для расчета энтальпии гидратации гидроксония .

Взаимодействие свободных протонов с обычным веществом [ править ]

Хотя протоны имеют сродство к противоположно заряженным электронам, это взаимодействие с относительно низкой энергией, поэтому свободные протоны должны потерять достаточную скорость (и кинетическую энергию ), чтобы стать тесно связанными с электронами. Протоны высоких энергий, пересекая обычную материю, теряют энергию из-за столкновений с атомными ядрами и из-за ионизации атомов (удаления электронов) до тех пор, пока они не замедлятся достаточно, чтобы быть захваченными электронным облаком в нормальном атоме.

Однако при такой ассоциации с электроном характер связанного протона не меняется, и он остается протоном. Притяжение свободных протонов низкой энергии к любым электронам, присутствующим в нормальном веществе (например, электронам в нормальных атомах), заставляет свободные протоны останавливаться и образовывать новую химическую связь с атомом. Такая связь происходит при любой достаточно «холодной» температуре (т. Е. Сравнимой с температурами на поверхности Солнца) и с любым типом атома. Таким образом, при взаимодействии с любым типом нормального (неплазменного) вещества низкоскоростные свободные протоны притягиваются к электронам в любом атоме или молекуле, с которыми они вступают в контакт, заставляя протон и молекулу объединяться. Такие молекулы затем называют « протонированными », и в результате химически они часто становятся так называемымиКислоты Бренстеда .

Протон в химии [ править ]

Атомный номер [ править ]

В химии количество протонов в ядре атома известно как атомный номер , который определяет химический элемент, к которому принадлежит атом. Например, атомный номер хлора 17; это означает, что каждый атом хлора имеет 17 протонов и что все атомы с 17 протонами являются атомами хлора. Химические свойства каждого атома определяются количеством (отрицательно заряженных) электронов , которое для нейтральных атомов равно количеству (положительных) протонов, так что общий заряд равен нулю. Например, нейтральный атом хлора имеет 17 протонов и 17 электронов, а анион Cl ^- имеет 17 протонов и 18 электронов с общим зарядом -1.

Однако все атомы данного элемента не обязательно идентичны. Число нейтронов может варьироваться , чтобы сформировать различные изотопы , и энергетические уровни могут отличаться, что приводит к различным ядерных изомеров . Например, есть два стабильных изотопа хлора :³⁵
₁₇Cl
с 35 - 17 = 18 нейтронов и ³⁷
₁₇Cl
с 37 - 17 = 20 нейтронов.

Ион водорода [ править ]

В химии термин протон относится к иону водорода H⁺
. Поскольку атомный номер водорода равен 1, ион водорода не имеет электронов и соответствует голому ядру, состоящему из протона (и 0 нейтронов для наиболее распространенного изотопа протия. 1 1ЧАС). Протон представляет собой «голый заряд» с радиусом всего лишь около 1/64 000 от радиуса атома водорода, поэтому он чрезвычайно химически активен. Таким образом, свободный протон имеет чрезвычайно короткое время жизни в химических системах, таких как жидкости, и немедленно вступает в реакцию с электронным облаком любой доступной молекулы. В водном растворе он образует ион гидроксония H ₃ O ⁺ , который, в свою очередь, дополнительно сольватируется молекулами воды в кластерах, таких как [H ₅ O ₂ ] ⁺ и [H ₉ O ₄ ] ⁺ . ^[44]

Передача H⁺
в кислотно-щелочной реакции обычно называют «перенос протона». Кислоты называют в качестве донора протонов и основания в качестве акцептора протонов. Аналогичным образом, биохимические термины, такие как протонный насос и протонный канал, относятся к движению гидратированного водорода.⁺
ионы.

Ион, образующийся при удалении электрона из атома дейтерия, известен как дейтрон, а не протон. Точно так же удаление электрона из атома трития дает тритон.

Протонный ядерный магнитный резонанс (ЯМР) [ править ]

Также в химии термин « протонный ЯМР » относится к наблюдению ядер водорода-1 в (в основном органических ) молекулах с помощью ядерного магнитного резонанса . В этом методе используется спин протона, значение которого составляет половину (в единицах hbar ). Название относится к изучению протонов в том виде, в каком они встречаются в протии (атомы водорода-1) в соединениях, и не подразумевает, что свободные протоны существуют в изучаемом соединении.

Воздействие на человека [ править ]

В Apollo поверхности Луны Эксперименты Пакеты (ALSEP) установлено , что более 95% частиц в солнечном ветре являются электроны и протоны, примерно в равных количествах. ^{[45] [46]}

Поскольку спектрометр солнечного ветра проводил непрерывные измерения, стало возможным измерить, как магнитное поле Земли влияет на прибывающие частицы солнечного ветра. Примерно две трети каждой орбиты Луна находится за пределами магнитного поля Земли. В это время типичная плотность протонов составляла от 10 до 20 на кубический сантиметр, при этом большинство протонов имели скорости от 400 до 650 километров в секунду. Примерно пять дней каждого месяца Луна находится внутри геомагнитного хвоста Земли, и обычно частицы солнечного ветра не обнаруживаются. Оставшуюся часть каждой лунной орбиты Луна находится в переходной области, известной как магнитослой., где магнитное поле Земли влияет на солнечный ветер, но не исключает его полностью. В этой области поток частиц снижается с типичной скоростью протонов от 250 до 450 километров в секунду. В течение лунной ночи спектрометр был защищен от солнечного ветра Луной, и частицы солнечного ветра не измерялись. ^[45]

Протоны также имеют внесолнечное происхождение из галактических космических лучей , где они составляют около 90% от общего потока частиц. Эти протоны часто имеют более высокую энергию, чем протоны солнечного ветра, и их интенсивность гораздо более однородна и менее изменчива, чем протоны, исходящие от Солнца, на образование которых сильно влияют солнечные протонные события, такие как корональные выбросы массы .

Были проведены исследования влияния мощности дозы протонов, обычно обнаруживаемых при космических путешествиях , на здоровье человека. ^{[46] [47]} Чтобы быть более конкретным, есть надежда определить, какие именно хромосомы повреждены, и определить повреждение во время развития рака от воздействия протонов. ^[46] Другое исследование направлено на определение «эффектов воздействия протонного излучения на нейрохимические и поведенческие конечные точки, включая дофаминергическое функционирование, обусловленное амфетамином обучение с условным отвращением вкуса, а также пространственное обучение и память, измеренные с помощью водного лабиринта Морриса . ^[47]Электрическая зарядка космического корабля за счет межпланетной протонной бомбардировки также предлагается для изучения. ^[48] Есть еще много исследований, касающихся космических путешествий, включая галактические космические лучи и их возможное воздействие на здоровье , а также воздействие солнечных протонов .

В американском Biostack и советские Biorack космических путешествий экспериментов продемонстрировали серьезность молекулярных повреждений , вызванных тяжелыми ионами на микроорганизмах , включая Artemia кисты. ^[49]

Антипротон [ править ]

CPT-симметрия накладывает строгие ограничения на относительные свойства частиц и античастиц и, следовательно, открыта для строгих испытаний. Например, заряды протона и антипротона должны в сумме равняться нулю. Это равенство было проверено до одной части в10 ⁸ . Равенство их масс также было проверено лучше, чем одна часть в10 ⁸ . Удерживая антипротоны в ловушке Пеннинга , было проверено равенство отношения заряда к массе протонов и антипротонов.6 × 10 ⁹ . ^[50] магнитный момент антипротонов был измерен с погрешностью8 × 10 ⁻³ ядерных магнетонов Бора и оказывается равным протону и противоположным ему.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• СМИ, связанные с протонами, на Викискладе?
• Группа данных по частицам в LBL
• Большой адронный коллайдер
• Карнизы, Лоуренс ; Коупленд, Эд; Падилья, Антонио (Тони) (2010). «Сжимающийся протон» . Шестьдесят символов . Brady Гарань для Ноттингемского университета .