Протон

IПрото́н (от греч. Protos — первый. Символ р) стабильная элементарная частица, ядро атома водорода. П. Имеет массу mp = (1,6726485 ± 0,0000086)․10-24 г (mp ≈ 1836 me ≈ 938,3 Мэв/с2 где me — масса электрона, с — скорость света) и положительный электрический заряд е = (4,803242 ± 0,000014) ․10-10 единиц заряда в системе СГС. Спин П. Равен 1/2 (в единицах Планка постоянной (См. Планка постоянная) ħ), и как частица с полуцелым спином П. Подчиняется Ферми — Дирака статистике (См. Ферми - Дирака статистика) (является фермионом). Магнитный момент П. Равен μр = (2,7928456 ± 0,0000011) μя, где μя — ядерный Магнетон. Вместе с Нейтронами П. Образуют ядра атомные (См. Ядро атомное) всех химических элементов, при этом число П. В ядре равно атомному номеру данного элемента и, следовательно, определяет место элемента в периодической системе элементов (См.

Периодическая система элементов). Свободные П. Составляют основную часть первичной компоненты космических лучей (См. Космические лучи). Существует античастица (См. Античастицы) по отношению к П. — Антипротон. Представление о П. Возникло в 1910-х гг. В виде гипотезы о том, что все ядра составлены из ядер атома водорода. В 1919—20 Э. Резерфорд экспериментально наблюдал ядра водорода, выбитые α-частицами из ядер др. Элементов. Он же в начале 20-х гг. Ввёл термин «П.». Трудность, заключающаяся в том, что атомные номера элементов меньше их атомных масс, была окончательно устранена лишь в 1932 открытием нейтрона. П. Является сильно взаимодействующей частицей (адроном) и относится к «тяжёлым» адронам — барионам (См. Барионы). Барионный заряд П.

В = + 1. Закон сохранения барионного заряда объясняет стабильность П. — самого лёгкого из барионов. П. Участвуют также во всех других видах фундаментальных взаимодействий элементарных частиц — электромагнитном, слабом и гравитационном. В сильном взаимодействии П. И нейтрон имеют совершенно одинаковые свойства и поэтому рассматриваются как два квантовых состояния одной частицы — нуклона. Возможность объединения адронов в такого рода семейства частиц с общими свойствами — изотонические мультиплеты (см. Изотопическая инвариантность) — учитывается введением квантового числа «изотопический спин». Изотопический спин нуклона I = 1/2. Важнейшим примером сильного взаимодействия с участием П. Являются ядерные силы, связывающие нуклоны в ядре.

Экспериментальное исследование сильного взаимодействия в большой мере основано на опытах по рассеянию П. И мезонов (См. Мезоны) на П., в которых были открыты, в частности, новые сильно взаимодействующие частицы — антипротон, Гипероны, Резонансы. Теоретическое объяснение свойств П. Затруднено отсутствием удовлетворительной теории сильного взаимодействия. Общий подход, который даёт лишь качественное объяснение, состоит в предположении, что П. Окружен «облаком» виртуальных частиц (См. Виртуальные частицы), которые он непрерывно испускает и поглощает. Сильное взаимодействие П. С др. Частицами рассматривается как процесс обмена виртуальными адронами (см. Сильные взаимодействия, Множественные процессы). Электромагнитные свойства П.

Неразрывно связаны с его участием в более интенсивном сильном взаимодействии. Примером такой связи является фоторождение мезонов, которое можно рассматривать как выбивание мезонов из облака виртуальных адронов, окружающих П., γ-квантом с энергией порядка 150 Мэв и более. Взаимодействием П. С виртуальными π+-мезонами качественно объясняется большое отличие магнитного момента П. От ядерного магнетона (которому он должен быть равен, если ограничиться только квантовомеханическим описанием на основе Дирака уравнения (См. Дирака уравнение)). В 1950-х гг. В опытах по рассеянию на П. Электронов и γ-квантов Р. Хофштадтером и др. (США) было обнаружено пространственное распределение электрического заряда и магнитного момента П., что свидетельствует о наличии внутренней структуры П.

Влияние «размазывания» заряда и магнитного момента на взаимодействие П. С электронами учитывается обычно введением электрического и магнитного Формфакторов — множителей, квадраты которых характеризуют уменьшение сечения рассеяния на реальном, физическом П. По сравнению с рассеянием на точечной частице (т. Е. На частице с точечным зарядом е и точечным магнитным моментом μр). Полученные данные по неупругому рассеянию электронов с энергией до 21 Гэв на П., по-видимому, означают, что в П. Существуют точечноподобные рассеивающие центры (т. Н. Партоны). Примерами слабого взаимодействия (См. Слабые взаимодействия) с участием П. Являются внутриядерные превращения П. В нейтрон и наоборот (Бета-распад ядер и К-захват). В 1953 наблюдался процесс, обратный (β-распаду, — образование нейтрона и позитрона при поглощении свободным П.

Антинейтрино, что было первым прямым экспериментальным доказательством существования Нейтрино. Ввиду стабильности П., наличия у него электрического заряда и относительной простоты получения П. Ионизацией водорода пучки ускоренных П. Являются одним из основных инструментов экспериментальной физики элементарных частиц. Очень часто и мишенью в опытах по соударению частиц также являются П. — свободные (водород) или связанные в ядрах. Крупнейшие ускорители П. — Серпуховский ускоритель на 76 Гэв (СССР) и ускоритель в Батавии на 400 Гэв (США). Максимальная эквивалентная энергия при столкновении П. Около 1500 Гэв достигнута в ускорителе со встречными протонными пучками (каждый с энергией 28 Гэв) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария).

Ускоренные П. Используются не только для изучения рассеяния самих П., но также и для получения пучков др. Частиц. Π- и К-мезонов, антипротонов, мюонов (См. Мюоны). К 1973 получены обнадёживающие результаты по использованию пучков ускоренных П. В медицине (в лучевой терапии (См. Лучевая терапия)). Лит. Резерфорд Э., Избр. Научные труды, книга 2 — Строение атома и искусственное превращение элементов, пер, с англ., М., 1972. Бейзер А., Основные представления современной физики, пер. С англ., М., 1970. Барчер В. Д., Клайн Д. Б., Рассеяние при высоких энергиях, в сборнике. Элементарные частицы, в. 9, М., 1973. Кендалл Г. В., Паневский В. К. Г., Структура протона и нейтрона, там же. Гольдин Л. Л. [и др.], Применение тяжёлых заряженных частиц высокой энергии в медицине, «Успехи физических наук», 1973, т.

110, в. 1, с. 77—99. Э. А. Тагиров.IIПрото́н («Прото́н»,) наименование серии сов. Тяжёлых исследовательских искусственных спутников Земли (ИСЗ) с научным оборудованием для изучения космических лучей и взаимодействия с веществом частиц сверхвысоких энергий. «П.-1» запущен 16 июля 1965, «П.-2» — 2 ноября 1965, «П.-3» — 6 июля 1966. Масса каждого «П.» (с оборудованием, размещенным на последней ступени ракеты-носителя (См. Ракета-носитель)) 12,2 т. Масса комплекса научной аппаратуры 3,5 т. Их орбиты имели высоту перигея 190 км при высоте апогея около 630 км. В состав научной аппаратуры входил ионизационный калориметр для изучения частиц с энергией до 1013 эв. «П.-4» запущен 16 ноября 1968. Оборудован уникальным комплексом научной аппаратуры, позволившей расширить диапазон исследуемых энергий до 1015 эв.

Масса «П.-4» (без последней ступени ракеты-носителя) около 17 т. Масса комплекса научной аппаратуры 12,5 т. Орбита «П.-4» имела высоту перигея 255 км при высоте апогея 495 км. На ИСЗ серии «П.» изучались энергетический спектр и химический состав частиц первичных космических лучей, интенсивность и энергетический спектр гамма-лучей и электронов галактического происхождения. Запуски «П.» осуществлялись многоступенчатой мощной ракетой-носителем с многодвигательной установкой. Суммарная максимальная полезная мощность двигательных установок свыше 44 Гвт, или 60 млн. Л. С. Ракета-носитель «П.» отличается высокими эксплуатационными и энергетическими характеристиками, в основном определяемыми мощными жидкостными ракетными двигателями, работающими по схеме с дожиганием генераторного газа.

Значительное давление в системе двигателей и обеспечение высокой степени полноты сгорания, а также реализации равномерного и равновесного истечения продуктов сгорания из сопел с большой степенью расширения позволили создать мощные малогабаритные двигатели..