Proton - Définition

Introduction

Proton
Représentation schématique de la composition en quarks de valence d'un proton, avec deux quarks u et un quark d. L'interaction forte est transmise par des gluons (représentés ici par un tracé sinusoïdal). La couleur des quarks fait référence aux trois types de charges de l'interaction forte : rouge, verte et bleue. Le choix de couleur effectué ici est arbitraire, la charge de couleur circulant à travers les trois quarks.
Propriétés générales
Classification	Particule composite (baryon)
Composition	2 quarks u 1 quark d
Famille	Fermion
Groupe	Quark
Interaction(s)	Forte, électromagnétique, faible, gravitation
Symbole	p, p+
Antiparticule	Antiproton
Propriétés physiques
Masse	938,272 MeV.c-2
Charge électrique	1,602 176 53×10-19 C
Rayon de charge	0,84184 fm
Moment dipôlaire	<5,4×10−24 e Cm
Polarisabilité électrique	1,2(6)×10−3 fm³
Moment magnétique	2,792847351(28) μN
Polarisabilité magnétique	1,9(5)×10−4 fm³
Charge de couleur	0
Spin	½
Isospin	½
Parité	+1
Durée de vie	Stable
Historique
Prédiction	William Prout, 1815
Découverte	1918
Découvreur	Ernest Rutherford

Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.

Les protons sont présents dans le noyau des atomes, éventuellement liés avec des neutrons par l'interaction forte (le noyau de l'isotope le plus répandu de l'hydrogène, H⁺, est un simple proton) ; le proton est également stable par lui-même, en dehors du noyau atomique.

Le proton n'est pas une particule élémentaire, étant composé de trois autres particules : deux quarks up et un quark down.

Caractéristiques physiques

Description

Le proton est un fermion de spin ½. Il est composé de trois quarks de valence, ce qui en fait un baryon. Les deux quarks up et le quark down du proton sont liés par l'interaction forte, transmise par des gluons. En plus de ces trois quarks de valence (qui déterminent les nombres quantiques de la particule) et des gluons, le proton, comme les autres hadrons, est constitué d'une « mer » de paires de quarks-antiquarks virtuels qui apparaissent et disparaissent en permanence. Les nombres quantiques de ces paires virtuelles s'annulent en moyenne ne contribuent pas à ceux du proton ; en revanche, la masse du proton provient principalement de la masse de ces paires virtuelles.

Tout comme le neutron, le proton est un nucléon et peut être lié à d'autres nucléons par la force nucléaire à l'intérieur d'un noyau atomique. Le noyau de l'isotope le plus courant de l'hydrogène est un simple proton. Le noyau des isotopes plus lourds, le deutérium et le tritium contiennent un proton lié à un et deux neutrons, respectivement. tous les autres noyaux atomiques sont composés de deux protons ou plus et d'un certain nombre de neutrons. Le nombre de protons d'un noyau détermine les propriétés chimiques de l'atome et donc quel élément chimique il représente.

La masse du proton est égale à environ 1,007276 u, soit à peu près 938,2720 MeV ou 1,672×10^-27 kg. La masse du proton est environ 1 836,15 fois celle de l'électron. Sa charge électrique est très exactement égale à une charge élémentaire positive (e), soit +1,602176×10^-19 C ; l'électron possède une charge électrique négative, de valeur opposée à celle du proton. La charge électrique du proton est égale à la somme des charges électriques de ses quarks : celle de chaque quark up vaut 2/3e et celle du quark down vaut -1/3e.

Le rayon de charge du proton, c'est-à-dire le rayon moyen quadratique de sa distribution de charge, est de l'ordre de 0,84184 fm.

Stabilité

Le proton semble être stable. Sa demi-vie est expérimentalement mesurée comme supérieure à 6,6×10³⁵ ans. Sa durée de vie moyenne est au minimum de l'ordre de 2,1×10²⁹ ans.

En revanche, les protons peuvent se transformer en neutrons par capture électronique. Ce processus n'est pas spontané et nécessite un apport d'énergie. La réaction émet un neutron ainsi qu'un neutrino électronique :

Le processus est réversible : les neutrons peuvent se transformer en protons par désintégration bêta, une forme de désintégration radioactive. De fait, un neutron libre se désintègre de cette façon avec une durée de vie moyenne d'environ 15 minutes.