Protone: differenze tra le versioni
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| carica_elettrica = 1 [[carica elementare|e]]<br/>
{{M|1,602176634|e=−19|ul=C}}<ref>{{cita web|url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e|titolo=elementary charge|lingua=en|accesso=23 maggio 2022}}</ref>
| raggio_carica = {{M|0,833|e=−15|0,010|ul=m}}<ref name="ref_A">{{Cita pubblicazione|autore1=N. Bezginov|autore2=T. Valdez|autore3=M. Horbatsch|autore4=A. Marsman|autore5=A. C. Vutha|autore6=E. A. Hessels|data=6
| spin = ½''ħ''
}}
Il '''protone''' è una [[particella subatomica]] dotata di [[carica elettrica]] positiva, formata da due [[quark up]] e un [[quark down]] uniti dalla [[interazione forte]] e detti "di valenza" in quanto ne determinano quasi tutte le caratteristiche fisiche.
Costituisce il [[nucleo atomico]] assieme al [[neutrone]], con il quale si trasforma continuamente mediante l'emissione e l'assorbimento di [[Pione|pioni]] [[Particella virtuale|virtuali]].<ref>{{Cita web|url=https://www.jlab.org/intralab/calendar/archive04/pn12/talks/Gaskell.pdf|titolo=Exploring the Role of Pions in the Nucleus|sito=Jefferson Lab}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=T.E.O.|cognome=Ericson|data=1978-01|titolo=Somewhat virtual pions|rivista=Progress in Particle and Nuclear Physics|volume=1|pp=
==Scoperta ed etimologia==
Scoperto da [[Ernest Rutherford]] nel 1919,<ref>{{cita pubblicazione|autore=Ernest Rutherford|anno=1920|titolo=Nuclear constitution of atoms|rivista=Proceedings of the Royal Society of London, A|volume=97 |pp=374-400|lingua=en}}</ref> il nome "protone" venne introdotto nel 1920 dallo stesso Rutherford come "proton" (in inglese), basandosi sul termine ''πρῶτον'' (pròton) del [[lingua greca antica|greco antico]],<ref>{{Cita web|url=https://www.etymonline.com/word/proton|titolo=proton {{!}} Etymology of proton by etymonline
▲}}</ref> il nome "protone" venne introdotto nel 1920 dallo stesso Rutherford come "proton" (in inglese), basandosi sul termine ''πρῶτον'' (pròton) del [[lingua greca antica|greco antico]],<ref>{{Cita web|url=https://www.etymonline.com/word/proton|titolo=proton {{!}} Etymology of proton by etymonline|sito=www.etymonline.com|lingua=en|accesso=2024-03-19}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|data=1920-08-01|titolo=The Cardiff Meeting of the British Association|rivista=Nature|volume=105|numero=2651|pp=780–781|lingua=en|accesso=2024-03-19|doi=10.1038/105780a0|url=https://www.nature.com/articles/105780a0}}</ref> un [[Grado di comparazione|superlativo]] di [[Neutro (linguistica)|genere neutro]] che significa "che è dinanzi a tutti, il primo".<ref>{{Cita web|url=https://www.grecoantico.com/dizionario-greco-antico.php?lemma=PRWTOS100|titolo=DIZIONARIO GRECO ANTICO - Greco antico - Italiano|sito=www.grecoantico.com|accesso=2022-09-19}}</ref> Il termine inglese "proton" è stato importato in italiano aggiungendovi una -e finale (e spostamento di accento) per italianizzarne la forma;<ref>{{Cita web|url=https://dizionario.internazionale.it/parola/www.internazionale.it|titolo=Italianizzare > significato - Dizionario italiano De Mauro|sito=Internazionale|lingua=it|accesso=2022-09-19}}</ref> quindi, la parte finale "-one" di "protone" è parte della parola greca originale e non è qui un suffisso accrescitivo,<ref>{{Cita web|url=https://www.treccani.it/vocabolario/one1/,%20https://www.treccani.it/vocabolario/one1/|titolo=-óne¹ - Treccani|sito=Treccani|lingua=it|accesso=2024-03-14}}</ref> come peraltro accade in diversi altri casi in italiano;<ref>{{Cita web|url=http://www.grandionline.net/nicola/pubblicazioni/grandisli00.pdf|titolo=Mutamenti innovativi e conservativi nella morfologia valutativa dell’italiano. Origine, sviluppo e diffusione del suffisso accrescitivo –one|autore=Nicola Grandi|accesso=15 luglio 2020|dataarchivio=2 aprile 2015|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20150402091516/http://www.grandionline.net/nicola/pubblicazioni/grandisli00.pdf|urlmorto=sì}}</ref> questo in contrapposizione a quanto accaduto al nome del [[neutrino]], dove la desinenza -''ino'' ha invece effettivamente valore diminutivo.<ref>{{Cita web|url=https://www.treccani.it/vocabolario/ino1/,%20https://www.treccani.it/vocabolario/ino1/|titolo=-ino¹ - Treccani|sito=Treccani|lingua=it|accesso=2024-03-14}}</ref> Il nome venne infatti proposto da [[Enrico Fermi|Fermi]] nel 1932 per l'allora "neutrone di [[Wolfgang Pauli|Pauli]]" per differenziarlo dal "neutrone di [[James Chadwick|Chadwick]]" (l'attuale [[neutrone]]), particella ben più massiva; poi il nome rimase.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Edoardo|cognome=Amaldi|data=1984-09|titolo=From the discovery of the neutron to the discovery of nuclear fission|rivista=Physics Reports|volume=111|numero=1-4|pp=1–331|lingua=en|accesso=2022-09-20|doi=10.1016/0370-1573(84)90214-X|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/037015738490214X}}</ref> Esperimenti precedenti, fra cui quelli condotti dai fisici [[Eugen Goldstein]] e [[Wilhelm Wien]], avevano già messo in luce l'esistenza nei [[Raggi anodici|raggi canale]] di [[Particella (fisica)|particelle]] con [[Carica elettrica|carica positiva]].<ref>{{Cita pubblicazione|nome=W.|cognome=Wien|data=1904-01|titolo=Über positive Elektronen und die Existenz hoher Atomgewichte|rivista=Annalen der Physik|volume=318|numero=4|pp=669–677|lingua=en|accesso=2024-03-19|doi=10.1002/andp.18943180404|url=https://zenodo.org/record/2190505}}</ref>
==Caratteristiche generali==
[[File:Mass-comparison-atomic-components.svg|thumb|Confronto tra le masse di elettrone, protone e neutrone.]]
La [[massa a riposo]] del protone è pari a circa {{M|1,6726231|e=−27|ul=kg}} ({{M|9,3828|e=2|ul=MeV}}/[[velocità della luce|''c''²]]), leggermente inferiore a quella del neutrone e circa 1836 volte superiore a quella dell'[[elettrone]].<ref>{{Cita web|url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mp|titolo=CODATA Value: proton mass|sito=physics.nist.gov|accesso=
Il valore della carica elettrica del protone è uguale a quello dell'elettrone, ma di segno opposto ({{M|1,602|e=−19|ul=C}}). Negli atomi successivi all'[[idrogeno]] la forza repulsiva fra i protoni è attenuata dalla presenza dei [[neutrone|neutroni]] e più che controbilanciata dalla [[Interazione forte|forza nucleare forte]] che attrae i [[Nucleone|nucleoni]] fra loro.
Il [[Magnetone nucleare#Momento magnetico anomalo del protone|momento magnetico del protone]] in unità di [[magnetone nucleare]] è pari a +2,793 μ<sub>N</sub>: è stato possibile spiegare il valore ''anomalo'' del momento magnetico del protone solo grazie al [[modello a quark costituenti]] introdotto negli [[Anni 1960|anni sessanta]].
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== Proprietà chimiche ==
{{Vedi anche|Idrone|Idronio}}
Il nucleo del più comune [[isotopo]] dell'[[idrogeno]], il [[Prozio (chimica)|prozio]], è costituito esclusivamente da un protone ed è rappresentato come H<sup>+</sup>. I nuclei degli altri atomi sono composti da neutroni e protoni tenuti insieme dalla [[Interazione forte|forza forte]], che contrasta efficacemente la [[forza di Coulomb|repulsione coulombiana]] esistente fra cariche dello stesso segno
Il numero di protoni nel nucleo, detto [[numero atomico]], simbolo ''Z'', è fondamentale in chimica in quanto definisce l'[[elemento chimico]]<ref>{{Cita libro|cognome=British Electricity International|titolo=Nuclear physics and basic technology|url=https://doi.org/10.1016/B978-0-08-040519-3.50008-1|accesso=22 luglio 2024|data=1992|editore=Elsevier|pp=1-110|ISBN=978-0-08-040519-3|doi=10.1016/b978-0-08-040519-3.50008-1}}</ref> corrispondente a tale nucleo e determina, assieme al numero di elettroni presenti e la loro [[Configurazione elettronica|configurazione]], la natura stessa di tale specie (atomo o ione) e le sue proprietà chimiche.<ref>{{Cita libro|autore=Paolo Silvestroni|titolo=Fondamenti di Chimica|anno=1968|editore=LIBRERIA EREDI VIRGILIO VESCHI|p=531}}</ref> Esempio: H, con un solo elettrone, è un [[radicale libero]]; la specie cationica H<sup>+</sup> ([[idrone]], 0 ''e'') è un [[acido di Lewis]] e un [[ossidante]];<ref>Il protone in soluzione acquosa (H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>), ad esempio, ha [[potenziale standard di riduzione]] 0 e quindi è in grado di ossidare qualsiasi specie chimica il cui potenziale standard di riduzione sia negativo (molti metalli).</ref> la specie anionica H<sup>−</sup> ([[idruro]], 2 ''e'') è una [[base di Lewis]] e un [[riducente]].<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Christian T.|cognome=Goralski|nome2=Bakthan|cognome2=Singaram|data=1º settembre 2006|titolo=SPECIAL FEATURE SECTION: HYDRIDE REDUCTIONS|rivista=Organic Process Research & Development|volume=10|numero=5|pp=947-948|lingua=en|accesso=22 luglio 2024|doi=10.1021/op0601363|url=https://pubs.acs.org/doi/10.1021/op0601363}}</ref>
In [[chimica]] e [[biochimica]] il termine viene usato quasi sempre impropriamente per riferirsi allo [[ione]] dell'[[idrogeno]] in [[soluzione acquosa]] ([[Idronio|idrogenione]]), mentre in realtà il protone libero in soluzione acquosa non può esistere stabilmente, in quanto troppo reattivo, ed esiste invece lo [[ione molecolare]] covalente [[idrossonio]] o semplicemente ossonio, H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>. In questo contesto, secondo la [[teoria acido-base di Brønsted-Lowry]], un donatore di protoni è un [[acido]] e un accettore di protoni una [[base (chimica)|base]].▼
▲In [[chimica]] e [[biochimica]] il termine viene usato quasi sempre impropriamente per riferirsi allo [[ione]] dell'[[idrogeno]] in [[soluzione acquosa]] ([[Idronio|idrogenione]]), mentre in realtà il protone libero in soluzione acquosa non può esistere stabilmente
Il protone libero, H<sup>+</sup>, potendo accettare una [[Doppietto elettronico|coppia di elettroni]] da un'altra specie chimica, è il più semplice degli [[Acido di Lewis|acidi di Lewis]]<ref>{{Cita libro|autore=Paolo Silvestroni|titolo=Fondamenti di Chimica|anno=1968|editore=LIBRERIA EREDI VIRGILIO VESCHI|pp=357-358}}</ref><ref>{{Cita libro|nome=Erwin|cognome=Riedel|nome2=Christoph|cognome2=Janiak|titolo=Anorganische Chemie|accesso=2024-07-15|edizione=10. Auflage|collana=De Gruyter Studium|data=2022|editore=De Gruyter|pp=367-370|ISBN=978-3-11-069604-2}}</ref> e può unirsi spontaneamente a qualsiasi specie chimica elettricamente neutra, perfino a un atomo di [[elio]], generando in tal caso lo [[ione molecolare]] HHe<sup>+</sup>,<ref>{{Cita libro|titolo=Gas-phase ion and neutral thermochemistry|accesso=2024-07-15|collana=Journal of physical and chemical reference data|data=1988|editore=American chemical society American institute of physics|ISBN=978-0-88318-562-9}}</ref> [[isoelettronico]] alla molecola H<sub>2</sub>, e che è il più forte acido di Brønsted conosciuto.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Rolf|cognome=Güsten|nome2=Helmut|cognome2=Wiesemeyer|nome3=David|cognome3=Neufeld|data=2019-04|titolo=Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH+|rivista=Nature|volume=568|numero=7752|pp=357–359|lingua=en|accesso=2024-07-15|doi=10.1038/s41586-019-1090-x|url=https://www.nature.com/articles/s41586-019-1090-x}}</ref> ▼
===Il protone come acido di Lewis e precursore di acidi di Brønsted===
Lo ione H<sup>+</sup> può essere generato in fase gassosa nella sorgente di uno [[spettrometro di massa]] per ionizzazione dell'idrogeno;<ref name=":0">{{Cita pubblicazione|nome=Fulvio|cognome=Cacace|data=1988-06-01|titolo=Radiolytic approach to gas-phase ion chemistry|rivista=Accounts of Chemical Research|volume=21|numero=6|pp=215–222|lingua=en|accesso=2024-07-15|doi=10.1021/ar00150a001|url=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar00150a001}}</ref> in tal modo può essere immesso in una [[trappola ionica]] e ivi fatto reagire con altre molecole di interesse e generare quindi le corrispondenti specie "protonate" che, in tal modo, divengono acidi di di Brønsted: reagendo con una molecola di acqua, ad esempio, si ottiene lo ione H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> già menzionato; dall'[[ammoniaca]] si ottiene lo ione [[ammonio]] NH<sub>4</sub><sup>+</sup>; dal [[metano]], lo ione [[Flussionalità|flussionale]] [[metanio]] CH<sub>5</sub><sup>+</sup><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Golam|cognome=Rasul|nome2=G. K.|cognome2=Surya Prakash|nome3=George A.|cognome3=Olah|data=2011-11-28|titolo=Comparative study of the hypercoordinate carbonium ions and their boron analogs: A challenge for spectroscopists|rivista=Chemical Physics Letters|volume=517|numero=1|pp=1–8|accesso=2024-07-15|doi=10.1016/j.cplett.2011.10.020|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009261411012735}}</ref>; dall'idrogeno molecolare, lo ione triangolare [[idrogenonio]], H<sub>3</sub><sup>+</sup>, osservato fin dal 1911. <ref>{{Cita pubblicazione|data=1913-08|titolo=Bakerian Lecture :—Rays of positive electricity|rivista=Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character|volume=89|numero=607|pp=1–20|lingua=en|accesso=2024-07-15|doi=10.1098/rspa.1913.0057|url=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.1913.0057}}</ref> ▼
▲Il raggio di carica elettrica del protone
▲Lo ione H<sup>+</sup> libero può essere generato in fase gassosa nella sorgente di uno [[spettrometro di massa]] per ionizzazione dell'idrogeno;<ref name=":0">{{Cita pubblicazione|nome=Fulvio|cognome=Cacace|data=1º giugno 1988
Una branca della [[chimica]] si focalizza sulla protonazione in fase gassosa di molecole e sui trasferimenti di protone tra molecola e molecola:<ref name=":0" /> in tale ambito assume particolare importanza l'[[affinità protonica]], definita come la [[Entalpia|variazione di entalpia]], cambiata di segno, della reazione di protonazione della molecola,<ref>"[http://goldbook.iupac.org/P04907.html Proton affinity.]" ''Compendium of Chemical Terminology''.</ref> in quanto tale affinità rappresenta una misura della [[basicità intrinseca]] di quella molecola.<ref>{{Cita libro|autore=J. E. Huheey|wkautore=|autore2=E. A. Keiter|autore3=R. L. Keiter|titolo=Chimica Inorganica,Principi, Strutture, Reattività|ed=2|anno=1999|editore=Piccin|pp=342-344|ISBN=88-299-1470-3}}</ref>▼
▲Una branca della [[chimica]] si focalizza sulla protonazione in fase gassosa di molecole e sui trasferimenti di protone tra molecola e molecola:<ref name=":0" /> in tale ambito, assume particolare importanza l'[[affinità protonica]], definita come la [[Entalpia|variazione di entalpia]], cambiata di segno, della reazione di protonazione della molecola,<ref>"[http://goldbook.iupac.org/P04907.html Proton affinity.]" ''Compendium of Chemical Terminology''.</ref> in quanto tale affinità rappresenta una misura della [[basicità intrinseca]] di quella molecola.<ref>{{Cita libro|autore=J. E. Huheey
==Proprietà quantistiche==
Il protone, al contrario di altre particelle come l'[[elettrone]], non è una particella elementare, ma una particella composita costituita da [[Quark (particella)|quark]] e [[gluone|gluoni]], legati dal meccanismo chiamato [[Confinamento dei quark|confinamento di colore]]. Il confinamento è una fenomeno risultante dalla [[interazione 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 [[interazione forte]] che tiene uniti i [[Quark (particella)|quark]], piuttosto che dalla loro massa propria.<ref>{{cita pubblicazione|url=https://physics.aps.org/articles/v11/118|lingua=en|autore=André Walker-Loud|rivista=Physics|volume=11|
La struttura interna dei protoni è studiata negli acceleratori di particelle attraverso gli [[urto elastico|urti elastici]] e anelastici ad alta energia fra protoni e [[Nucleone|nucleoni]] e fra protoni e [[Leptone|leptoni]], come gli elettroni. Da questo tipo di esperimenti, a partire da [[SLAC]], è stato possibile scoprire per la prima volta l'esistenza di particelle interne al protone.<ref>{{cita web|url=https://cerncourier.com/a/deep-import-of-deep-inelastic-scattering/|titolo=Deep import of deep inelastic scattering|autore=Max Klein|data=2
{{cita conferenza|autore=R. P. Feynman|anno=1969|titolo=The Behavior of Hadron Collisions at Extreme Energies|conferenza=High Energy Collisions: Third International Conference at Stony Brook, N.Y.|pp=237-249|editore=[[Gordon & Breach]]|isbn=978-0-677-13950-0|lingua=en}}</ref> Negli anni successivi, i partoni furono identificati con i quark e i gluoni, le cui interazioni sono descritte dalla [[cromodinamica quantistica]]. Dal punto di vista teorico, le funzioni di distribuzione dei quark e dei gluoni codificano la struttura composita del protone.▼
▲}}</ref> Negli anni successivi, i partoni furono identificati con i quark e i gluoni, le cui interazioni sono descritte dalla [[cromodinamica quantistica]]. Dal punto di vista teorico, le funzioni di distribuzione dei quark e dei gluoni codificano la struttura composita del protone.
===Funzione d'onda dei quark===
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 <math>+2/3</math> e <math>-1/3</math>, è possibile calcolare che la carica elettrica del protone è uguale a <math>2/3+2/3-1/3 = +1</math>.
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
:<math>|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 ]</math>
dove a ciascun quark up <math>u</math> o down <math>d</math> è assegnato uno spin up <math>\uparrow</math> o down <math>\downarrow</math>.<ref>L'equivalenza fra i nomi dei due quark leggeri e i nomi per i due stati di spin ha ragioni storiche ed è da ricercare nella simmetria di [[isospin]]. Si veda ad esempio {{cita web|url=http://pdg.lbl.gov/2019/reviews/rpp2019-rev-quark-model.pdf|titolo=Quark Model|lingua=en}}</ref>
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:<math>p \to e^+ + \pi^{0}</math>
con un limite inferiore per la vita media parziale pari a {{M|1,6|e=33}} anni.<ref name="Nishino">
▲ |titolo=Search for Proton Decay via ''p'' → ''e''<sup>+</sup> + ''π''<sup>0</sup> and ''p'' → ''μ''<sup>+</sup> + ''π''<sup>0</sup> in a Large Water Cherenkov Detector
== Note ==
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== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
* {{Cita web|url=http://goldbook.iupac.org/P04906.html|titolo=IUPAC Gold Book, "proton"|lingua=en}}
{{particelle}}
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