Kjennetegn på en Proton

Ernest Rutherford oppdaget atomkjernen i 1911, og oppdaget protoner, de ladede partikler i denne, på 1919. (Den nøytrale partikler i kjernen, nøytroner, ble oppdaget mange år senere.) Protoner har samme ladning som elektroner, men er 1,830 ganger mer massiv. Proton sin antipartikkel, kalt antiproton, har samme masse og motsatt ladning. Den proton består av tre kvarker - to opp og en ned.

Bestemmer antall elektroner

Et nøytralt atom har et likt antall elektroner og protoner. Den Coulomb (elektro) kraft mellom protoner og elektroner er en milliard milliarder milliarder milliarder (10 ^ 36) ganger sterkere enn tyngdekraften. Vi legger merke tyngdekraften mye mer, men fordi det er kumulativ; mens kostnad har motsatt fortegn som utligne. Tiltrekningen mellom disse kostnadene gjør drivkraften for protoner å bli nøytralisert av et likt antall elektroner svært gode.

Komplett ytterskall

Imidlertid atomer som også har sitt ytre skall av elektroner fylt. Noen ganger denne kraften overstyrer makt for å nøytralisere ladningen i kjernen. Dette er viktig i halvledere. For eksempel, fosfor og bor bundet i en silisium halvleder ikke har full ytre skall. Fosfor har ett elektron i sitt ytre skall, og gir derfor den opp lett. Det bor mangler et elektron til å fylle sin ytre skall. Selv om fosfor ville være positiv ved å miste et elektron, tillater den sterke Coulomb kraft, spesielt hvis en negativ bor i nærheten. Derfor, i en grenseflate mellom bor-dopet og fosfordopet silisium, fosfor den positive og negative boron er tett bundet til, danner en elektromotorisk kraft som driver fosfor elektroner utgitt av solenergi i kun en retning, noe som gir oss en solcelle.

Frastøting av hverandre

Hvis elektrostatisk kraft er 10 ^ 36 ganger så sterk som den elektromagnetiske kraften, så hvorfor ikke protoner i atomkjernen fly fra hverandre? Fordi en kraft som kalles den "sterke kraften" binder nukleoner (nøytroner og protoner) sammen. Den sterke kraften overvelder Coulomb frastøtning på nært hold. Det er 100 ganger sterkere.

Egentlig er nukleoner består av kvarker, og den sterke kraften binder kvarkene sammen i nukleon. Det nøytroner og protoner tiltrekke er faktisk bare rest sterk kraft lekker ut av nukleon fra kvarker inni.

proton Decay

Proton forfall til lettere partikler har aldri blitt observert. (Dette er ikke å forveksles med et proton skiftende inn et nøytron, som er tyngre.) Den proton er et baryon og baryon antall er bevart. Proton er den letteste (laveste energi) baryon, så det baryon antall antagelig kan ikke splittes opp. Observasjon av proton forfall vil imidlertid stadfeste noen grand enhetlig teori som bryter bevaring av baryon nummer.

Beta Decay

Det finnes forskjellige moduser av betastråling, og en av dem er et proton forandrer seg til et nøytron. Dette kan skje med en energitilførsel som er nødvendig siden en nøytron veier mer enn et proton. På grunn av kravet til energi, kan endringen ikke forekomme i isolasjon. Energi må injiseres fra utenfor en eller annen måte. En proton blir et nøytron ved å sende ut et positron og et nøytrino.