Protone
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| Protone | |
|---|---|
 Modello a quark del protone |
|
| Composizione: | 2 up, 1 down |
| Famiglia: | Fermione |
| Interazione: | Gravità, Elettromagnetica, Debole, Forte |
| Antiparticella: | Antiprotone |
| Scoperta: | Eugene Goldstein 1885 |
| Simbolo: | p+ |
| Massa: | 1,672 621 71(29) × 10−27 kg
1,007 276 466 88(13) u |
| Carica elettrica: | 1,602 176 53(14) × 10−19 C |
| Spin: | ½ |
Il protone è una particella dotata di carica elettrica positiva che può esistere libera o legata in un nucleo atomico. La sua scoperta viene generalmente attribuita a Ernest Rutherford, sebbene il fisico tedesco Eugene Goldstein ne avesse in precedenza ipotizzato l'esistenza per spiegare i suoi esperimenti. Il valore della sua carica è uguale a quello dell'elettrone, ma di segno opposto: 1,602 × 10-19 coulomb. Ha inoltre spin semi-intero (1/2) ed è quindi classificato come fermione. La sua massa è poco più di 1800 volte quella dell'elettrone (circa 1836) e quasi uguale a quella del neutrone: il protone ha una massa a riposo di 1,6726231 × 10-27 kg (9,3828 × 102 MeV). Tale valore non viene predetto nell'ambito del modello standard, ma è stato determinato sperimentalmente. Alcune teorie, per risolvere il problema della massa delle particelle, ipotizzano un campo scalare che permea lo spaziotempo, che interagisce con le particelle in maniera differente: da tale interazione deriverebbe la massa. Le particelle responsabili del campo vengono chiamate bosoni di Higgs, tuttavia non esistono verifiche sperimentali della loro esistenza.
Viene anche definito un raggio classico del protone:
pari a 1.5 × 10-18m, il quale però non ha alcun significato fisico.
Il protone viene iscritto alla categoria dei barioni, in quanto è "composto" da tre quark, detti di valenza: due up e un down.
Indice |
[modifica] I protoni e la chimica
Il nucleo del più comune isotopo dell'idrogeno (il prozio) è costituito esclusivamente da un protone. I nuclei degli altri atomi sono composti da neutroni e protoni tenuti insieme dalla forza forte, che contrasta efficacemente la repulsione coulombiana e consente alle particelle neutre di restare legate a quelle cariche. Il numero di protoni nel nucleo, detto numero atomico, determina le proprietà chimiche dell'atomo e la natura stessa dell'elemento.
In chimica e biochimica il termine viene usato quasi sempre impropriamente per riferirsi allo ione dell'idrogeno in soluzione acquosa (idrogenione), mentre in realtà il protone libero in soluzione acquosa non esiste ed esiste invece il composto covalente catione idrossonio o semplicemente ossonio H3O+. In questo contesto, secondo la teoria acido-base di Broensted-Lowry, un donatore di protoni è un acido e un accettore di protoni una base.
[modifica] Il decadimento del protone
In base alle conoscenze attuali di fisica particellare il protone è una particella stabile. Questo è dovuto alla conservazione del numero barionico nei processi elementari. Infatti il barione più leggero è proprio il protone. Tuttavia ciò non vuol dire che esso non possa decadere in altre particelle; molti modelli teorici di grande unificazione (GUT) prevedono infatti processi di non conservazione del numero barionico, tra cui il decadimento del protone. Quindi analizzando il decadimento protonico è possibile ricavare informazioni sulle teorie di grande unificazione. Per questo motivo nel mondo sono attivi diversi esperimenti che hanno come obiettivo quello di misurare la vita media del protone. Tale evento, però, se esiste è estremamente raro da richiedere apparati molto grandi e complessi. Attualmente esistono solo dei limiti sperimentali per i diversi canali di decadimento, tutti molto maggiori della vita media dell'universo. Ad esempio, uno dei canali di decadimento maggiormente studiato è il seguente:
- p → e+ + π0
con un limite inferiore per la vita media parziale pari a 1,6*1033 anni [1]
[modifica] Bibliografia
- Albert Messiah, Mécanique quantique, tome 1, Dunod, 1966.
- Paul Dirac, I principi della meccanica quantistica, Bollati Boringhieri, 1971.
- John von Neumann, Mathematical foundations of Quantum Mechanics, Princeton University Press, 1955.
- Stephen Gustafson; Israel M. Sigal, Mathematical concepts of quantum mechanics, Springer, 2006.
- Franz Schwabl, Quantum mechanics, Springer, 2002.
- Franco Strocchi, An introduction to the mathematical structure of quantum mechanics, a short course for mathematicians, World Scientific Publishing, 2005.
- L. Pauling e E. B. Wilson Introduction To Quantum Mechanics With Applications To Chemistry (McGrawHill, New York, 1935)
- S. Dushman The Elements of Quantum Mechanics (John Wiley & Sons, New York, 1938)
- M. Planck, L. Silberstein e H. T. Clarke The origin and development of the quantum theory (Clarendon Press, Oxford, 1922)
- F. Reiche, H. Hatfield, e L. Henry The quantum theory (E. P. Dutton & co., New York, 1922)
- J. F. Frenkel Wave Mechanics: Advanced General Theory (Clarendon Press, Oxford, 1934)
- N. F. Mott Elements of Wave Mechanics (Cambridge University Press, 1958)
- Gian Carlo Ghirardi, Un'occhiata alle carte di Dio, Net, 1997.
[modifica] Note
- ^ (EN) Elenco completo di tutti i canali di decadimento e i relativi limiti sperimentali sulle vite medie parziali
