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Il mwgqprotone è una mwggparticella subatomica dotata di mwgwcarica elettrica positiva, formata da due mwhaquark up e un mwhqquark down uniti dalla mwhginterazione forte e detti "di valenza" in quanto ne determinano quasi tutte le caratteristiche fisiche.

Costituisce il mwianucleo atomico assieme al mwiqneutrone, con il quale si trasforma continuamente mediante l'emissione e l'assorbimento di mwigpioni mwiwvirtuali.cite-ref-6[6]cite-ref-7[7] In quanto formato da mwlaquark appartiene alla famiglia degli mwlqadroni, in particolare al gruppo dei mwlgbarioni, e avendo mwlwspin semi-intero è un mwmafermione. Oltre che legato dall'interazione forte nel nucleo atomico, può trovarsi libero, stato nel quale è fra le particelle più stabili esistenti, con una mwmqvita media stimata mwmgτ > 3,6×10mwmw29mwna anni,cite-ref-8[8] miliardi di miliardi di volte la stima attuale dell'età dell'universo (1,37x10mwoq10 anni).

• Scoperta ed etimologia

• Caratteristiche generali

• Proprietà chimiche

• Il protone come acido di Lewis e precursore di acidi di Brønsted

• Proprietà quantistiche

• Funzione d'onda dei quark

• Il decadimento del protone

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Scoperto da mwpqErnest Rutherford nel 1919,cite-ref-9[9] il nome "protone" venne introdotto nel 1920 dallo stesso Rutherford come "proton" (in inglese), basandosi sul termine mwqgπρῶτον (pròton) del mwqwgreco antico,cite-ref-10[10]cite-ref-11[11] un mwtasuperlativo di mwtqgenere neutro che significa "che è dinanzi a tutti, il primo".cite-ref-12[12] Il termine inglese "proton" è stato importato in italiano aggiungendovi una -e finale (e spostamento di accento) per italianizzarne la forma;cite-ref-13[13] quindi, la parte finale "-one" di "protone" è parte della parola greca originale e non è qui un suffisso italiano accrescitivo.cite-ref-14[14] Il nome venne proposto da mwwgFermi nel 1932 per l'allora "neutrone di mwwwPauli" per differenziarlo dal "neutrone di mwxaChadwick" (l'attuale mwxqneutrone).cite-ref-15[15] Esperimenti precedenti, fra cui quelli condotti dai fisici mwygEugen Goldstein e mwywWilhelm Wien, avevano già messo in luce l'esistenza nei mwzaraggi canale di mwzqparticelle con mwzgcarica positiva.cite-ref-16[16]

La mwcqmassa a riposo del protone è pari a circa mwcg1,6726231×10−27 kg (mwcw9,3828×102 MeV/mwdac²), leggermente inferiore a quella del neutrone e circa 1836 volte superiore a quella dell'mwdgelettrone.cite-ref-17[17]

Il valore della carica elettrica del protone è uguale a quello dell'elettrone, ma di segno opposto (mwfa1,602×10−19 C). Negli atomi successivi all'mwfqidrogeno la forza repulsiva fra i protoni è attenuata dalla presenza dei mwfgneutroni e più che controbilanciata dalla mwfwforza nucleare forte che attrae i mwganucleoni fra loro.

Il mwggmomento magnetico del protone in unità di mwgwmagnetone nucleare è pari a +2,793mwha μmwhqN: è stato possibile spiegare il valore mwhganomalo del momento magnetico del protone solo grazie al mwhwmodello a quark costituenti introdotto negli mwiaanni sessanta.

Viene anche definito un raggio classico del protone:

mwja r p = 1 4 π π ε ε 0 e 2 m p c 2 {\displaystyle r_{p}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {e^{2}}{m_{p}c^{2}}}}

pari a mwjg1,529×10−18 m, il quale però non ha un significato fisico ben definito. Infatti, sperimentalmente, la sua carica elettrica si distribuisce in una sfera di raggio medio pari a mwjw0,840615 ± 0,000015 fm (8,40615×10−16 ± 1,5×10−20 m)cite-ref-ref-a-5-1[5]cite-ref-18[18]. Il raggio del protone è cioè circa mwma60 000 volte più piccolo di quello dell'atomo libero di mwmqelio, che è di circa mwmg50 pm. Per avere un'idea della sua dimensione, si può considerare che il diametro di un capello umano è circa diecimila miliardi di volte maggiore di quello di un protone, oppure che il puntino di una i potrebbe contenerne circa 500 miliardi, seppure mediamente molto distanziati fra loro.cite-ref-19[19]

Il nucleo del più comune mwogisotopo dell'mwowidrogeno, il mwpaprozio, è costituito esclusivamente da un protone ed è rappresentato come Hmwpq+. I nuclei degli altri atomi sono composti da neutroni e protoni tenuti insieme dalla mwpgforza forte, che contrasta efficacemente la mwpwrepulsione coulombiana esistente fra cariche dello stesso segno.

Il numero di protoni nel nucleo, detto mwqqnumero atomico, simbolo mwqgZ, è fondamentale in chimica in quanto definisce l'mwqwelemento chimicocite-ref-20[20] corrispondente a tale nucleo e determina, assieme al numero di elettroni presenti e la loro mwsaconfigurazione, la natura stessa di tale specie (atomo o ione) e le sue proprietà chimiche.cite-ref-21[21] Esempio: H, con un solo elettrone, è un mwtqradicale libero; la specie cationica Hmwtg+ (mwtwidrone, 0 mwuae) è un mwuqacido di Lewis e un mwugossidante;cite-ref-22[22] la specie anionica Hmwvw− (mwwaidruro, 2 mwwqe) è una mwwgbase di Lewis e un mwwwriducente.cite-ref-23[23]

In mwyqchimica e mwygbiochimica il termine viene usato quasi sempre impropriamente per riferirsi allo mwywione dell'mwzaidrogeno in mwzqsoluzione acquosa (mwzgidrogenione), mentre in realtà il protone libero in soluzione acquosa non può esistere stabilmente in quanto troppo reattivo ed esiste invece lo mwzwione molecolare covalente mw0aidrossonio, o semplicemente ossonio, Hmw0q3Omw0g+. In questo contesto, secondo la mw0wteoria acido-base di Brønsted-Lowry, una specie molecolare capace di donare un protone ad un'altra è un mw1aacido e una capace di accettarne un protone da un'altra specie è una mw1qbase.cite-ref-24[24]

Il raggio di carica elettrica del protone (8,4075×10mw3a−16 m)cite-ref-25[25] è enormemente più piccolo rispetto a qualsiasi altro ione positivo: il mw4qcampo elettrico da esso esercitato è quindi intensissimo. Per questo e per il fatto che, a differenza di altri ioni positivi, non c'è per esso alcun guscio elettronico, il protone libero Hmw4g+ può avvicinarsi a un'altra specie chimica ed accettare da essa una mw4wcoppia di elettroni.cite-ref-26[26] In tal modo Hmw6a+ rappresenta quindi il più semplice degli acidi di Lewiscite-ref-27[27]cite-ref-28[28] ed è fortissimo: può unirsi spontaneamente a qualsiasi specie chimica elettricamente neutra: perfino un atomo di mw8qelio può essere protonato mw8gesotermicamente (-mw8wΔHr° = 177,8mw9g kJ/mol),cite-ref-29[29] generando in tal caso lo mw-wione molecolare HHemw-a+,cite-ref-30[30] mwaqeisoelettronico alla molecola Hmwaqi2 e questo, a sua volta, è il più forte acido di Brønsted conosciuto.cite-ref-31[31]

Lo ione Hmwaqg+ libero può essere generato in fase gassosa nella sorgente di uno mwaqkspettrometro di massa per ionizzazione dell'idrogeno;cite-ref-0-32-0[32] in tal modo può essere immesso in una mwaq4trappola ionica e ivi fatto reagire con altre molecole di interesse e generare quindi le corrispondenti specie "protonate" che, in tal modo, divengono acidi di Brønsted: reagendo con una molecola di acqua, ad esempio, si ottiene lo ione Hmwaq83Omwara+ già menzionato; dall'mwareammoniaca si ottiene lo ione mwariammonio NHmwarm4mwarq+; dal mwarumetano, lo ione flussionale mwarcmetanio CHmwarg5mwark+cite-ref-33[33]; dall'idrogeno molecolare, lo ione triangolare mwar4idrogenonio, Hmwar83mwasa+, osservato fin dal 1911.cite-ref-34[34]

Una branca della mwasychimica si focalizza sulla protonazione in fase gassosa di molecole e sui trasferimenti di protone tra molecola e molecola:cite-ref-0-32-1[32] in tale ambito, assume particolare importanza l'mwassaffinità protonica, definita come la mwaswvariazione di entalpia, cambiata di segno, della reazione di protonazione della molecola,cite-ref-35[35] in quanto tale affinità rappresenta una misura della basicità intrinseca di quella molecola.cite-ref-36[36]

Il protone, al contrario di altre particelle come l'mwatgelettrone, non è una particella elementare, ma una particella composita costituita da mwatkquark e mwatogluoni, legati dal meccanismo chiamato mwatsconfinamento di colore. Il confinamento è una fenomeno risultante dalla mwatwinterazione forte, la cui natura è però oscura ed elusiva. Ad esempio, è interessante notare che la grandissima parte, il 99% circa, della massa del protone, come di quella del neutrone, è determinata dall'energia della stessa mwat0interazione forte che tiene uniti i mwat4quark, piuttosto che dalla loro massa propria.cite-ref-37[37] L'intensità della forza nucleare forte decresce al crescere dell'energia delle particelle interagenti, sicché i quark e i gluoni si manifestano come particelle singole solo in collisioni ad alte energie o temperature, alle quali i protoni, come in generale gli altri mwaumadroni, fondono formando il mwauqplasma di quark e gluoni.

La struttura interna dei protoni è studiata negli acceleratori di particelle attraverso gli mwauyurti elastici e anelastici ad alta energia fra protoni e mwaucnucleoni e fra protoni e mwaugleptoni, come gli elettroni. Da questo tipo di esperimenti, a partire da mwaukSLAC, è stato possibile scoprire per la prima volta l'esistenza di particelle interne al protone.cite-ref-38[38] Sulla base di questi esperimenti, Feynman formulò il modello a mwau4partoni, il primo che tenesse in considerazione la struttura composita del protone.cite-ref-feynman-39-0[39] Negli anni successivi, i partoni furono identificati con i quark e i gluoni, le cui interazioni sono descritte dalla mwavmcromodinamica quantistica. Dal punto di vista teorico, le funzioni di distribuzione dei quark e dei gluoni codificano la struttura composita del protone.

Il protone è formato da tre quark, detti "di valenza" in quanto ne determinano i numeri quantici, come lo spin e la carica elettrica. Ad esempio, sapendo che è formato da due quark up e uno down, che hanno rispettivamente carica elettrica mwavy + 2 / 3 {\displaystyle +2/3} e mwavc − − 1 / 3 {\displaystyle -1/3} , è possibile calcolare che la carica elettrica del protone è uguale a mwavg 2 / 3 + 2 / 3 − − 1 / 3 = + 1 {\displaystyle 2/3+2/3-1/3=+1} .

La funzione d'onda del protone deve essere totalmente antisimmetrica rispetto allo scambio di due quark, visto che il protone è un fermione. L'antisimmetria nel caso dei barioni è data dalle componenti di colore, mentre la funzione d'onda per le componenti di sapore e di spin è simmetrica e uguale a

mwavw | p ↑ ↑ ⟩ ⟩ = 1 18 [ 2 | u ↑ ↑ d ↓ ↓ u ↑ ↑ ⟩ ⟩ + 2 | u ↑ ↑ u ↑ ↑ d ↓ ↓ ⟩ ⟩ + 2 | d ↓ ↓ u ↑ ↑ u ↑ ↑ ⟩ ⟩ − − | u ↑ ↑ u ↓ ↓ d ↑ ↑ ⟩ ⟩ − − | u ↑ ↑ d ↑ ↑ u ↓ ↓ ⟩ ⟩ − − | u ↓ ↓ d ↑ ↑ u ↑ ↑ ⟩ ⟩ − − | d ↑ ↑ u ↓ ↓ u ↑ ↑ ⟩ ⟩ − − | d ↑ ↑ u ↑ ↑ u ↓ ↓ ⟩ ⟩ − − | u ↓ ↓ u ↑ ↑ d ↑ ↑ ⟩ ⟩ ] {\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 ]}

dove a ciascun quark up mwav4 u {\displaystyle u} o down mwav8 d {\displaystyle d} è assegnato uno spin up mwawa ↑ ↑ {\displaystyle \uparrow } o down mwawe ↓ ↓ {\displaystyle \downarrow } .cite-ref-40[40]

In base agli attuali esperimenti di mwawkfisica particellare il protone è una mwawoparticella "stabile", il che significa che non mwawsdecade in altre particelle e quindi, entro i limiti sperimentali, la sua vita è eterna.cite-ref-protonpdg-41-0[41] Questo fatto è riassunto dalla mwaxaconservazione del numero barionico nei processi fra mwaxeparticelle elementari. Infatti il barione più leggero è proprio il protone e, se il numero barionico deve essere conservato, esso non può decadere in nessun'altra particella più leggera.

Tuttavia rimane aperta la possibilità che, in tempi molto più grandi di quelli finora osservati, il protone possa decadere in altre particelle. Diversi mwaxmmodelli teorici di grande unificazione (GUT) propongono infatti processi di non conservazione del numero barionico, tra cui proprio il decadimento del protone. Studiando questo eventuale fenomeno sarebbe possibile indagare una regione energetica attualmente irraggiungibile (circa mwaxq1×1015 GeV) e scoprire l'esistenza o meno di un'unica forza fondamentale. 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 difficile da osservarsi in quanto richiede apparati molto grandi e complessi per raccogliere un numero sufficientemente grande di protoni e avere una mwaxuprobabilità non trascurabile di rilevare un decadimento. Attualmente esistono solo dei limiti sperimentali per i diversi canali di decadimento, tutti molto maggiori dell'età dell'universo.

Ad esempio, uno dei canali di decadimento maggiormente studiato è il seguente:

mwaxk p → → e + + π π 0 {\displaystyle p\to e^{+}+\pi ^{0}}

con un limite inferiore per la vita media parziale pari a mwaxs1,6×1033 anni.cite-ref-nishino-42-0[42]

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• mwa3aElettrone

• mwa3iNeutrone

• mwa3qMagnetone nucleare

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• Wikinotizie contiene l'articolo Il CERN osserva una nuova particella simile al protone ma molto più massiva e rara, 17 marzo 2026

• citereftreccani-itprotone, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.

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• mwa3w(EN) IUPAC Gold Book, "proton", su goldbook.iupac.org.