Proton; kütlesi 1, yükü +1 olarak tanımlanan atom çekirdeği bileşenidir. Bir proton p veya p+ simgesiyle gösterilir. Bir elementin atom numarası o elementin bir atomunun içerdiği proton sayısı olarak tanımlanır. Hem protonlar hem de nötronlar atom çekirdeğinde bulundukları için topluca nükleonlar olarak tanımlanırlar. Protonlar, nötronlar gibi üç kuarktan (2 yukarı kuark ve 1 aşağı kuark) oluşan hadronlardır.
Kelime Kökeni
Proton kelimesi Yunancada ilk anlamına gelmektedir. Ernest Rutherford proton terimini ilk olarak 1920’de hidrojen çekirdeğini tanımlamak için kullandı. Protonun varlığı 1815’te William Prout tarafından teorileştirilmiştir. Proton atom altı bir parçacıktır. p veya p+ sembolü pozitif elektrik yükü +1’e temel yük ve bir nötronunkinden biraz daha az kütleye sahiptir. Her biri yaklaşık bir atomik kütle birimi olan protonlar ve nötronlar topluca nükleonlar (atomik çekirdeklerde bulunan parçacıklar) olarak adlandırılır.
Protonun Keşfi
Protonlar ve nötronlar atom çekirdeği oluşturmak için nükleer kuvvet tarafından birbirine bağlanabilen nükleondur. Hidrojen atomunun en yaygın izotopu çekirdeğinde bir proton bulunan hidrojendir. Ağır hidrojen izotopları döteryum ve trityum çekirdeklerinde sırasıyla bir ve iki nötron ve bir proton içerir. Diğer tüm atom çekirdeği türleri iki veya daha fazla proton ve çeşitli sayıda nötrondan oluşur.
1886’da Eugen Goldstein kanal ışınlarını (anot ışınları) keşfetti ve bunların gazlardan üretilen pozitif yüklü parçacıklar (iyonlar) olduğunu gösterdi. Farklı gazlardaki parçacıklar farklı yük / kütle oranı değerlerine (e / m) sahip oldukları için J. J. Thomson tarafından keşfedilen negatif elektronların aksine tek bir parçacıkla tanımlanamadılar. Wilhelm Wien 1898 yılında hidrojen iyonunu, iyonize gazlarda en yüksek yük-kütle oranına sahip parçacık olarak tanımladı.
1911’de Ernest Rutherford atom çekirdeğini keşfetti ve sonrasında Antonius van den Broek periyodik tablodaki her elementin yerinin (atom numarası) nükleer yüküne eşit olduğunu keşfetti. Bu durum 1913’te Henry Moseley tarafından X-ışını spektrumları kullanılarak deneysel olarak doğrulandı.
1917’de Rutherford hidrojen çekirdeğinin diğer çekirdeklerde bulunduğunu kanıtladı. Bu durum protonların keşfedilmesine neden oldu. Rutherford alfa parçacıklarını havaya (çoğunlukla nitrojen) saçarak sintilasyon dedektörleri ile hidrojen çekirdeklerini keşfetti. Deneyden sonra Rutherford, havadaki nitrojen reaksiyonu izleyerek, alfa parçacıklarını saf nitrojen gazına dahil ettiğinde etkinin daha büyük olduğunu buldu. 1919’da alfa parçacığının bir protonunu nitrojenden çıkarıp onu karbona dönüştürdüğünü varsaydı. 1925’de Blackett’in bulut odası görüntülerini gözlemledikten sonra durumun tam tersi olduğunu fark etti: alfa parçacığını yakaladıktan sonra bir proton fırlattı böylece nihai sonuç karbon değil ağır oksijen oldu yani Z azalmadı, arttı.
14N + α → 17O + p
Bildirilen ilk nükleer reaksiyondur. Bakış açısına bağlı olarak 1919 veya 1925 protonun keşfedildiği an olarak kabul edilebilir.
Protonun Yapısı
Her atomun çekirdeğinde bir veya daha fazla proton bulunur. Çekirdekteki proton sayısı bir elementin tanımlayıcı özelliğidir ve atom numarası olarak adlandırılır (Z sembolü ile gösterilir). Her element benzersiz bir protona sahip olduğu için her elementin kendine özgü atom numarası vardır. Proton kelimesi Yunancada ilk anlamına gelir ve bu isim 1920 yılında Ernest Rutherford tarafından hidrojen çekirdeğine verilmiştir. Protonlar tüm ağır atom çekirdeklerinin yapı taşıdır.
Parçacık fiziğinin modern Standart Modelinde protonlar, nötronlar gibi diğer nükleonlar gibi hadronlar olarak sınıflandırılır. Protonlar, üç değerlik kuarkından oluşan kompozit parçacıklardır: +2/3 e yüklü iki yukarı kuark ve −1/3’e yüklü bir aşağı kuark. Diğer kuark kütleleri bir proton kütlesinin yaklaşık %1’ini oluşturur. Protonlar temel parçacıklar olmadıkları için ölçülebilir bir boyuta sahiplerdir. Bir protonun ortalama yarıçapı yaklaşık 0.84-0.87 fm’dir (veya 0.84 × 10−15 ila 0.87 × 10-15 m). 2019’da farklı teknikler kullanarak yapılan iki farklı çalışmada protonun yarıçapı ± 0,010 fm ve 0,833 fm olarak ölçülmüştür.
Proton Özellikleri
- Zıt yükler birbirini çektiği için protonlar elektronlar tarafından çekilir. Aynı yükler birbirini iter bu nedenle iki proton birbirlerine itme kuvveti uygular.
- Protonlar diğer parçacıklara dönüşmeyen kararlı parçacıklardır. Serbest protonlar, genellikle protonları elektronlardan ayırmak için yeterli enerji mevcut olduğunda oluşur.
- Plazmada serbest protonlar bulunur. Kozmik ışınların yaklaşık %90’ı protonlardan oluşur.
- Serbest nötronların (kararsız olan) radyoaktif bozunması sonucunda protonlar, elektronlar ve antinötrinolar oluşabilir.
Hazırlayan: Rabiye Baştürk
