Próton

O próton ^{(português brasileiro)} ou protão ^{(português europeu)} é uma partícula subatômica, de símbolo p ou p⁺, com uma carga elétricapositiva de +1e carga elementar e com uma massa ligeiramente menor do que a de um nêutron (Outra partícula subatômica encontrada nos átomos). Os prótons e os nêutrons, possuem massa de aproximadamente uma unidade de massa atômica, são referidos coletivamente como "núcleon", prótons estão presentes no núcleo de um átomo. O número de prótons no núcleo é conhecido como número atômico. Uma vez que cada elemento tem um único número de prótons, cada elemento tem o seu próprio número atômico. A palavra próton significa em grego "primeiro", e esse nome foi dado ao núcleo de hidrogênio por Ernest Rutherford em 1920. Nos anos anteriores, Rutherford descobriu que o núcleo de hidrogênio (conhecido por ser o núcleo mais leve) podia ser extraído dos núcleos de nitrogênio por colisão. O próton foi, portanto, um candidato a ser uma partícula fundamental e um bloco de construção para nitrogênio e todos os outros núcleos atômicos mais pesados.

No moderno modelo padrão da física de partículas, o próton é um hádron, e como o nêutron, o outro núcleon (partículas presentes no núcleo atômico), é composto por três quarks. Embora o próton foi inicialmente considerado uma partícula fundamental, um próton é agora compreendido a ser composto por três quarks de valência: dois quarks up e um quark down. Pensa-se que as massas de repouso dos quarks contribuem apenas cerca de 1% da massa do próton. O restante da massa dos prótons se deve à energia cinética dos quarks e à energia dos campos de glúons que ligam os quarks juntos.

Já que o próton não é uma partícula fundamental, ele possui um tamanho físico — Embora isto não é perfeitamente bem definido já que a superfície de um próton é um tanto distorcida. O raio do próton é de cerca de 0.84-0.87 fm.^[2]

O próton livre (um próton que não está ligado a núcleons ou elétrons) é uma partícula estável que não tenha sido observada para separar espontaneamente a outras partículas. Prótons livres são encontrados naturalmente em várias situações em que as energias ou as temperaturas são altas o suficiente para separá-los de elétrons, para que eles tenham alguma afinidade. Prótons livres existem em plasmas em que a temperatura é bastante elevada para permitir que eles se combinem com os elétrons. Prótons livres de alta energia e velocidade compõem 90% dos raios cósmicos, que se propagam no vácuo em distâncias interestelares. Prótons livres são emitidos diretamente de núcleos atômicos em alguns tipos raros de decaimento radioativo. Prótons também resultam (junto com os elétrons e os antineutrinos) do decaimento radioativo de nêutrons livres, que são instáveis.

Em temperaturas suficientemente baixas, prótons livres ligam-se aos elétrons. No entanto, as propriedades de tais prótons ligados não mudam, e eles permanecem prótons. Um próton em um rápido movimento através da matéria vai desacelerar por conta das interações com elétrons e núcleos, até que ele seja capturado pela nuvem eletrônica de um átomo. O resultado é um átomo protonado, que é um composto químico de hidrogênio. No vácuo, quando os elétrons livres estão presentes, um próton suficientemente lento pode pegar um único elétron livre, tornando-se um átomo de hidrogênio neutro, que é quimicamente um radical livre. Tais "átomos de hidrogênio livres" tendem a reagir quimicamente com muitos outros tipos de átomos em energias suficientemente baixas. Quando os átomos de hidrogênio livres reagem uns com os outros, eles formam moléculas neutras de hidrogênio (H₂), que é o componente molecular mais comum de nuvens moleculares no espaço interestelar. Tais moléculas de hidrogênio na Terra podem, então, servir (entre muitos outros usos) como uma fonte conveniente de prótons para aceleradores (como o utilizado na terapia de prótons) e em outros experimentos de física de partículas com hádrons que exigem que prótons acelerem, com o mais notável exemplo sendo o acelerador de partículas Large Hadron Collider.