Протон (від греч.(грецький) protos — перший; символ р), стабільна елементарна частка, ядро атома водню. П. має масу mp = (1,6726485 ± 0,0000086)×10 -24 г ( mp » 1836 me » 938,3 Мев/с 2 де me — маса електрона, з — швидкість світла) і позитивний електричний заряд е = (4,803242 ± 0,000014) ×10- 10 одиниць заряду в системі СГС. Спин П. рівний 1 / 2 (у одиницях Планка постійної ), і як частка з напівцілим спином П. підкоряється Фермі — Дираку статистиці (є ферміоном). Магнітний момент П. рівний m р = (2,7928456 ± 0,0000011) m я , де m я — ядерний магнетон . Разом з нейтронами П. утворюють ядра атомні всіх хімічних елементів, при цьому число П. в ядрі дорівнює атомному номеру даного елементу і, отже, визначає місце елементу в періодичній системі елементів . Вільні П. складають основну частину первинної компоненти космічних променів . Існує античастка по відношенню до П. — антипротон .
Представлення о П. виникло в 1910-х рр. у вигляді гіпотези про те, що всі ядра складені з ядер атома водню. У 1919—20 Е. Резерфорд експериментально спостерігав ядра водню, вибиті а-частками з ядер ін. елементів; він же на початку 20-х рр. ввів термін «П.». Трудність, що полягає в тому, що атомні номери елементів менше їх атомних мас, була остаточно усунена лише в 1932 відкриттям нейтрона.
П. є сильно взаємодіючою часткою (адроном) і відноситься до «важких» адронів — баріонам ;баріонний заряд П. В = + 1. Закон збереження баріонного заряду пояснює стабільність П. — найлегшого з баріонів. П. беруть участь також у всіх інших видах фундаментальних взаємодій елементарних часток — електромагнітному, слабкому і гравітаційному.
В сильній взаємодії П. і нейтрон мають абсолютно однакові властивості і тому розглядаються як два квантові стани однієї частки — нуклони. Можливість об'єднання адронів в такого роду сімейства часток із загальними властивостями — ізотонічні мультіплети (див. Ізотопічна інваріантність ) — враховується введенням квантового числа «ізотопічний спин»; ізотопічний спин нуклона I = 1 / 2 . Найважливішим прикладом сильної взаємодії за участю П. є ядерні сили, що зв'язують нуклони в ядрі. Експериментальне дослідження сильної взаємодії великою мірою засноване на дослідах по розсіянню П. і мезонів на П., в яких були відкриті, зокрема, нові сильно взаємодіючі частки — антипротон, гіперони,резонанси . Теоретичне пояснення властивостей П. утруднене відсутністю задовільної теорії сильної взаємодії. Загальний підхід, який дає лише якісне пояснення, полягає в припущенні, що П. оточений «хмарою» віртуальних часток, які він безперервно випускає і поглинає. Сильна взаємодія П. з ін. частками розглядається як процес обміну віртуальними адронами (див. Сильні взаємодії,Множинні процеси ).
Електромагнітні властивості П. нерозривно пов'язані з його участю в інтенсивнішій сильній взаємодії. Прикладом такого зв'язку є фотонародження мезонів, яке можна розглядати як вибивання мезонів з хмари віртуальних адронів, що оточують П., g-квантом з енергією порядка 150 Мев і більш. Взаємодією П. з віртуальними p+-мезонамі якісно пояснюється велика відмінність магнітного моменту П. від ядерного магнетона (якому він має бути рівний, якщо обмежитися лише квантовомеханічним описом на основі Дираку рівняння ). У 1950-х рр. в дослідах по розсіянню на П. електронів і g-квантів Р. Хофштадтером і ін. (США) було виявлено просторовий розподіл електричного заряду і магнітного моменту П., що свідчить про наявність внутрішньої структури П. Вліяніє «розмазання» заряду і магнітного моменту на взаємодію П. з електронами враховується зазвичай введенням електричного і магнітного формфакторів — множників, квадрати яких характеризують зменшення перетину розсіяння на реальному, фізичному П. в порівнянні з розсіянням на точковій частці (тобто на частці з точковим зарядом е і точковим магнітним моментом m р ). Отримані дані по непружному розсіянню електронів з енергією до 21 Гев на П., мабуть, означають, що в П. існують точечноподобниє розсіюючі центри (т.з. партони).
Прикладами слабкої взаємодії за участю П. є внутрішньоядерні перетворення П. на нейтрон і навпаки (бета-розпад ядер і До-захват ). У 1953 спостерігався процес, зворотний (b-розпаду, — утворення нейтрона і позитрона при поглинанні вільним П. антинейтрино, що було першим прямим експериментальним доказом існування нейтрино .
Зважаючи на стабільність П., наявність у нього електричного заряду і відносної простоти здобуття П. іонізацією водню пучки прискорених П. є одним з основних інструментів експериментальної фізики елементарних часток. Дуже часто і мішенню в дослідах по зіткненню часток також є П. — вільні (водень) або зв'язані в ядрах. Найбільші прискорювачі П. — прискорювач Серпуховський на 76 Гев (СРСР) і прискорювач в Батавії на 400 Гев (США). Максимальна еквівалентна енергія при зіткненні П. близько 1500 Гев досягнута в прискорювачі із зустрічними протонними пучками (кожен з енергією 28 Гев ) в Європейському центрі ядерних досліджень (ЦЕРН, Швейцарія). Прискорені П. використовуються не лише для вивчення розсіяння саме П., але також і для здобуття пучків ін. часток: p - і до-мезонів, антипротонів, мюонів . До 1973 отримані обнадійливі результати по використанню пучків прискорених П. в медицині (у променевій терапії ).
Літ.: Резерфорд Е., Ізбр. наукові праці, книга 2 — Будова атома і штучне перетворення елементів, пер, з англ.(англійський), М., 1972; Бейзер А., Основні представлення сучасної фізики, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1970; Барчер Ст Д., Клайн Д. Би., Розсіяння при високих енергіях, в збірці: Елементарні частки, ст 9, М., 1973; Кендалл Р. Ст, Паневський Ст До. Р., Структура протона і нейтрона, там же; Гольдін Л. Л. [і ін.], Вживання важких заряджених часток високої енергії в медицині, «Успіхи фізичних наук», 1973, т. 110, ст 1, с. 77—99.
