protone

tabella

Particella stabile, elettricamente carica (con carica elettrica positiva pari in valore assoluto a quella dell’elettrone), di dimensioni subatomiche (∿10^–15 m) e massa pari a 1,67∙10^–27 kg, appartenente alla famiglia degli adroni (➔ particelle elementari), il cui nome (proton) fu coniato intorno al 1920 da E. Rutherford; insieme al neutrone, è uno dei costituenti del nucleo atomico, dal quale viene emesso in molte reazioni nucleari. Costituisce il nucleo del più leggero degli atomi, l’idrogeno, e pertanto coincide con lo ione idrogeno H⁺: per produrre p. liberi è quindi sufficiente ionizzare idrogeno atomico. Il numero dei p. nel nucleo di un determinato elemento è il numero atomico dell’elemento medesimo. Le principali proprietà del p. sono raccolte nella tabella insieme a quelle del neutrone, che servono di confronto.

L’uguaglianza della carica elettrica del p. al valore assoluto di quella dell’elettrone, che ha tra le sue conseguenze la neutralità elettrica della materia nelle sue condizioni ordinarie, è stata accertata sperimentalmente con una precisione di 1 parte su 10²¹. Lo spin o momento della quantità di moto intrinseco J del p. è pari a 1/2 in unità di ℏ; il p. quindi, come il neutrone e l’elettrone, obbedisce al principio di Pauli e quindi alla statistica di Fermi, cioè è un fermione. Per quanto concerne le interazioni forti, il p. e il neutrone costituiscono i due diversi stati di carica della stessa particella, il nucleone.

Come detto, il p. è una particella stabile: il limite inferiore sperimentale del valore della sua vita media τ è dell’ordine di 10³² anni, limite ottenuto non osservando durante un anno alcun decadimento in un campione contenente ∿10³² protoni. Secondo altre teorie il p. potrebbe essere instabile, con vita media comunque maggiore di quello che è il limite sperimentale. Il momento di dipolo magnetico del p., μ, è conosciuto con una grande precisione; se il p. fosse descritto esattamente dalla teoria di Dirac, il valore di questo momento dovrebbe essere pari a un magnetone nucleare μ_N (1/1836 del magnetone di Bohr): il fatto che il valore determinato sperimentalmente differisca sensibilmente da questo valore (μ≃2,8 μ_N) costituisce un’anomalia e indica chiaramente l’esistenza di una complessa struttura interna del protone. In accordo con l’invarianza per inversione del tempo delle interazioni elettromagnetiche, il valore del momento di dipolo elettrico D del p. è compatibile con zero (D/e<10^–25 m). Lo studio sperimentale delle interazioni tra il p. ed elettroni di alta energia ha evidenziato che il p. possiede una struttura elettrica e magnetica (➔ forma): il valore del raggio quadratico medio della distribuzione di carica elettrica nel p. è risultato essere (0,862±0,012)∙10^–15 m. Lo studio della diffusione anelastica profonda di elettroni su p. ha ulteriormente precisato questa struttura interna (➔ quark): un p. è costituito da due quark up e da un quark down.

In chimica, protonazione, addizione di un p. a una molecola: si effettua per aggiunta di un acido forte ed è il primo stadio di reazioni chimiche catalizzate da acidi forti.