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Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Proton

Proton

Un proton est une particule subatomique chargée positivement dans le noyau atomique des atomes. Le nombre de protons dans le noyau atomique est ce qui détermine le numéro atomique d'un élément, comme indiqué dans le tableau périodique des éléments.

Le proton n'est pas une particule élémentaire mais une particule composée. Il est composé de trois particules liées au gluon, deux quarks au-dessus et un quark ci-dessous, ce qui en fait un baryon.

Les protons sont présents dans les noyaux atomiques, généralement attachés aux neutrons par une forte interaction. La seule exception dans laquelle il forme un noyau atomique sans neutrons  est le noyau de l'hydrogène ordinaire - le nucléide le plus abondant de l'univers.

Cependant, l'hydrogène possède d'autres isotopes qui contiennent des neutrons. C'est le cas des noyaux des isotopes d'hydrogène lourds (deutérium et tritium) qui contiennent respectivement un proton et un ou deux neutrons. Ces deux isotopes de l'hydrogène sont utilisés comme combustible nucléaire dans les réactions de fusion nucléaire. Tous les autres types d' atomes sont constitués de deux protons ou plus et d'un nombre différent de neutrons.

Comment se forme un proton?

Les protons sont  constitués de trois quarks de  spin 1/2. Ils sont un  type de baryon  qui est un sous-type de hadrons. Les deux quarks au-dessus et un quark ci-dessous sont liés par une forte interaction nucléaire. Il a une distribution de charge positive et se désintègre de façon exponentielle.

Les quarks sont des fermions élémentaires massifs qui interagissent fortement pour former de la matière nucléaire et certains types de particules appelées hadrons. Un  fermion  est l'un des deux types de particules élémentaires de base qui existent dans la nature.

À leur tour, les baryons sont une famille de particules subatomiques composée de trois quarks. Précisément, les plus représentatifs sont les protons et les neutrons.

L'antiparticule correspondante, l'antiproton, a les mêmes caractéristiques que le proton mais avec une charge électrique négative.

Quelles sont les caractéristiques d'un proton?

Les principales caractéristiques sont:

  • Masse: Ils ont une  masse d'environ 1 674 x 10 -24 g . À peu près la même masse que les neutrons. Comparée à l'électron, la masse du proton est environ 1 836 fois supérieure.
  • Charge électrique: Le proton a une  charge positive de 1 602 x 10 -19  coulombs . Exactement la même charge absolue que l'électron, qui a une charge négative.
  • Rayon de charge: 0,8775 (51) fm
  • Moment dipolaire électrique: <5,4 × 10 −24  e · cm
  • Moment dipolaire magnétique: 1,410606743 (33) × 10 −26  J · T −1
  • Le proton est une particule stable, ce qui signifie qu'il ne se désintègre pas en d'autres particules. Cela signifie que sa vie est éternelle dans des limites expérimentales.

Ce dernier point se résume dans la conservation du nombre de baryons dans les processus entre particules élémentaires. En fait, le baryon le plus léger est précisément le proton et, si le nombre de baryons doit être stocké, il ne peut se désintégrer en aucune autre particule plus légère.

Pourquoi les protons sont-ils importants?

Les protons sont importants car ils définissent de quel élément provient un atome

Le numéro atomique d'un atome est le  nombre de protons dans son noyau .

Le numéro atomique détermine les propriétés chimiques de l'atome. Pour cette raison, les éléments chimiques sont représentés par le nombre de protons dans un noyau (Z), c'est-à-dire le numéro atomique. Pour déterminer les isotopes d'un élément, le nombre de neutrons (N) est également utilisé en ajoutant tous les nucléons, et est connu comme le nombre de masse (A).

Une autre caractéristique importante est que le proton aide à capturer les électrons et à les maintenir en orbite autour du noyau. Cette propriété est due au fait qu'elle a une charge positive qui attire les électrons chargés négativement. Cette propriété n'a pas de neutrons car les neutrons n'ont pas de charge électrique.

Quels sont les nucléons?

Les nucléons sont les sous-particules qui composent le noyau d'un atome (protons et neutrons). Les protons et les neutrons sont des nucléons. Les deux sont unis dans le noyau par une force nucléaire puissante.

Les nucléons sont connus pour  constituer le noyau atomique,  mais ils peuvent également exister isolément, sans faire partie de noyaux plus gros. S'ils ne sont pas libres, il y a une différence importante: les protons sont stables ou très stables tandis que les neutrons isolés se désintègrent par désintégration bêta. La demi-vie d'un neutron isolé est de 15 minutes.

Quelle est la durée de vie d'un proton?

La durée de vie d'un proton est supérieure à 2,1 x 10 29  ans , c'est pourquoi il est considéré comme éternel au niveau expérimental. Les protons sont stables du point de vue du modèle standard de la physique des particules. Les lois de la physique ne permettent pas à un proton de se décomposer spontanément en raison de la préservation du nombre de baryons.

Dans certains types rares de désintégration radioactive, ils émettent des protons libres, et le résultat de la décomposition des neutrons libres dans d'autres désintégrations.

En tant que  proton libre , il a la possibilité de capter un électron et de le convertir en hydrogène neutre . Par la suite, l'hydrogène neutre peut réagir chimiquement très facilement.

Des protons libres peuvent exister dans:

  • Plasmas . Le plasma est le quatrième état d'agrégation de la matière: un état fluide similaire à l'état gazeux mais dans lequel une certaine proportion de ses particules sont électriquement chargées (ionisées) et ne possèdent pas d'équilibre électromagnétique.
  • Les rayons cosmiques , qui sont des particules subatomiques provenant de l'espace avec une énergie cinétique très élevée.
  • Vent solaire.  Le vent solaire est un flux de particules chargées libérées par la haute atmosphère du Soleil.

Qui a découvert les protons?

Le proton a été découvert par Rutherford en 1919.

Proton

L'histoire de sa découverte remonte à 1886, lorsque  Eugen Goldstein a découvert des rayons anodiques  et a montré qu'il s'agissait de particules ( ions) chargées positivement produites à partir de gaz.

En faisant varier les gaz à l'intérieur des tubes, Goldstein a observé que ces particules avaient des valeurs différentes de la relation entre la charge et la masse. Pour cette raison, la charge positive avec une particule n'a pas pu être identifiée, contrairement aux charges négatives des électrons, découvertes par Joseph John Thomson.

Après  la découverte du noyau atomique par Ernest Rutherford en  1911, Antonius Van den Broek a proposé que l'emplacement de chaque  élément du tableau périodique  (son numéro atomique) soit égal à sa charge nucléaire. Cette théorie a été confirmée expérimentalement par Henry Moseley, en 1913, en utilisant des spectres de rayons X.

En 1917, Rutherford a démontré que le noyau d'hydrogène était présent dans d'autres noyaux, un résultat général qui  est décrit comme la découverte du proton .

Avec quelle expérience Rutherford a-t-il découvert le proton?

Rutherford s'est rendu compte qu'en bombardant des particules alpha dans de l'azote gazeux pur, ses détecteurs à scintillation montraient des signes de noyaux d'hydrogène. Rutherford a déterminé que l'hydrogène ne pouvait provenir que de l'azote et qu'ils devaient donc contenir des noyaux d'hydrogène.

Un noyau d'hydrogène s'est désintégré sous l'impact de la particule alpha et a formé un atome d'oxygène au cours du processus. Le noyau d'hydrogène est donc présent dans d'autres noyaux en tant que particule élémentaire, ce que  Rutherford a appelé le proton.

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Date de publication : 19 mars 2019
Dernier examen : 19 mars 2019