Protone
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Il protone è una particella carica che può esistere libera o legata in un nucleo atomico. 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/c2). 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.
Il protone viene iscritto alla categoria dei barioni, in quanto è "composto" da tre quark, detti di valenza: due up e un down.
Il protone e la chimica
Il nucleo del più comune isotopo dell'idrogeno (il protio) 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 può venire usato per riferirsi allo ione dell'idrogeno in soluzione acquosa (idrogenione). In questo contesto, secondo la teoria acido-base di Bronsted, un donatore di protoni è un acido e un accettore di protoni una base.
Il decadimento del protone
In base alle conoscenze attuali di fisica particellare il protone è una particella stabile. Ciò vuol dire che esso non decade in altre particelle. Questo è dovuto alla conservazione del numero barionico nei processi elementari. Infatti il barione più leggero è proprio il protone. Tuttavia, molti modelli teorici di grande unifucatione (GUT), prevedono 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 maggiore 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. L'elenco completo di tutti i canali di decadimetno e i relativi limiti sperimentali sulle vite medie parziali si possono trovare al seguente indirizzo: http://pdg.lbl.gov/2004/listings/contents_listings.html .
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