Protonmasse.

DEFINISJON

Proton kalt en stabil partikkel som tilhører klassen hadroner, som er kjernen til et hydrogenatom.

Forskere er uenige om hvilken vitenskapelig begivenhet som skal betraktes som oppdagelsen av protonet. En viktig rolle i oppdagelsen av protonet ble spilt av:

1. opprettelse av en planetarisk modell av atomet av E. Rutherford;
2. oppdagelse av isotoper av F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
3. observasjoner av oppførselen til kjernene til hydrogenatomer når de blir slått ut av alfapartikler fra nitrogenkjerner av E. Rutherford.

De første fotografiene av protonspor ble tatt av P. Blackett i et skykammer mens han studerte prosessene med kunstig transformasjon av elementer. Blackett studerte prosessen med å fange alfapartikler av nitrogenkjerner. I denne prosessen ble et proton sendt ut og nitrogenkjernen ble omdannet til en isotop av oksygen.

Protoner er sammen med nøytroner en del av kjernene til alle kjemiske grunnstoffer. Antall protoner i kjernen bestemmer atomnummeret til grunnstoffet i det periodiske systemet D.I. Mendeleev.

Et proton er en positivt ladet partikkel. Ladningen er lik den elementære ladningen, det vil si verdien av elektronladningen. Ladningen til et proton er ofte betegnet som , da kan vi skrive at:

Det antas for tiden at protonet ikke er en elementær partikkel. Den har en kompleks struktur og består av to u-kvarker og en d-kvark. Den elektriske ladningen til en u-kvark () er positiv og den er lik

Den elektriske ladningen til en d-kvark () er negativ og lik:

Kvarker forbinder utvekslingen av gluoner, som er feltkvanter; de tåler sterk interaksjon. Det faktum at protoner har flere punktspredningssentre i sin struktur bekreftes av eksperimenter på spredning av elektroner med protoner.

Protonet har en begrenset størrelse, som forskerne fortsatt krangler om. Foreløpig er protonet representert som en sky som har en uskarp grense. En slik grense består av stadig oppstår og utslette virtuelle partikler. Men i de fleste enkle problemer kan et proton selvsagt betraktes som en punktladning. Hvilemassen til et proton () er omtrent lik:

Massen til et proton er 1836 ganger større enn massen til et elektron.

Protoner deltar i alle grunnleggende interaksjoner: sterke interaksjoner forener protoner og nøytroner til kjerner, elektroner og protoner går sammen i atomer ved hjelp av elektromagnetiske interaksjoner. Som en svak interaksjon kan vi for eksempel sitere beta-forfallet til et nøytron (n):

hvor p er proton; — elektron; - antinøytrino.

Protonnedbrytning er ennå ikke oppnådd. Dette er et av de viktige moderne fysikkens problemer, siden denne oppdagelsen ville være et betydelig skritt i å forstå enheten mellom naturkreftene.

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

Trening	Kjernene i natriumatomet blir bombardert med protoner. Hva er kraften til elektrostatisk frastøtning av et proton fra kjernen til et atom hvis protonet er på avstand m. Tenk på at ladningen til kjernen til et natriumatom er 11 ganger større enn ladningen til et proton. Påvirkningen av elektronskallet til natriumatomet kan ignoreres.
Løsning	Som grunnlag for å løse problemet vil vi ta Coulombs lov, som kan skrives for vårt problem (forutsatt at partiklene er punktpartikler) som følger: hvor F er kraften til elektrostatisk interaksjon av ladede partikler; Cl er protonladningen; - ladning av kjernen til natriumatomet; - dielektrisk konstant av vakuum; - elektrisk konstant. Ved å bruke dataene vi har, kan vi beregne den nødvendige frastøtende kraften:
Svar	N

EKSEMPEL 2

Det ble en gang antatt at den minste strukturenheten til ethvert stoff er et molekyl. Så, med oppfinnelsen av kraftigere mikroskoper, ble menneskeheten overrasket over å oppdage konseptet med et atom - en sammensatt partikkel av molekyler. Det ville virke mye mindre? I mellomtiden viste det seg enda senere at atomet på sin side består av mindre grunnstoffer.

På begynnelsen av 1900-tallet oppdaget en britisk fysiker tilstedeværelsen av kjerner i atomet - sentrale strukturer; det var dette øyeblikket som markerte begynnelsen på en rekke endeløse oppdagelser angående strukturen til det minste strukturelle elementet i materie.

I dag, basert på kjernefysisk modell og takket være en rekke studier, er det kjent at atomet består av en kjerne som er omgitt av elektronsky. En slik "sky" inneholder elektroner, eller elementærpartikler med negativ ladning. Kjernen, tvert imot, inkluderer partikler med en elektrisk positiv ladning, kalt protoner. Den britiske fysikeren som allerede er nevnt ovenfor, var i stand til å observere og deretter beskrive dette fenomenet. I 1919 gjennomførte han et eksperiment der alfapartikler slo hydrogenkjerner ut av kjernene til andre grunnstoffer. Dermed var han i stand til å finne ut og bevise at protoner ikke er noe mer enn en kjerne uten et eneste elektron. I moderne fysikk er protoner symbolisert med symbolet p eller p+ (angir en positiv ladning).

Proton oversatt fra gresk betyr "første, viktigste" - en elementær partikkel som tilhører klassen baryoner, de. relativt tung Det er en stabil struktur, dens levetid er mer enn 2,9 x 10(29) år.

Strengt tatt inneholder det i tillegg til protonet også nøytroner, som ut fra navnet er nøytralt ladet. Begge disse elementene kalles nukleoner.

Massen til protonet, på grunn av ganske åpenbare omstendigheter, kunne ikke måles på lenge. Nå er det kjent at det er det

mp=1,67262∙10-27 kg.

Det er akkurat slik hvilemassen til et proton ser ut.

La oss gå videre til å vurdere forståelser av protonmassen som er spesifikke for ulike områder av fysikk.

Massen til en partikkel innenfor rammen av kjernefysikk tar ofte en annen form; dens måleenhet er amu.

A.e.m. - atommasseenhet. En amu tilsvarer 1/12 av massen til et karbonatom, hvis massenummer er 12. Derfor er 1 atommasseenhet lik 1,66057 10-27 kg.

Massen til et proton ser derfor slik ut:

mp = 1,007276 a. spise.

Det er en annen måte å uttrykke massen til denne positivt ladede partikkelen ved å bruke forskjellige måleenheter. For å gjøre dette, må du først akseptere ekvivalensen av masse og energi som et aksiom E=mc2. Hvor c - og m er kroppsmasse.

Protonmassen vil i dette tilfellet bli målt i megaelektronvolt eller MeV. Denne måleenheten brukes utelukkende i kjernefysikk og atomfysikk og tjener til å måle energien som er nødvendig for å overføre en partikkel mellom to punkter i C med betingelsen om at potensialforskjellen mellom disse punktene er 1 Volt.

Ta derfor i betraktning at kl. 01.00 = 931,494829533852 MeV, protonmasse er omtrentlig

Denne konklusjonen ble oppnådd på grunnlag av massespektroskopiske målinger, og det er massen i formen den er gitt ovenfor som også ofte kalles e proton hvile energi.

Dermed kan massen til den minste partikkelen, basert på eksperimentets behov, uttrykkes i tre forskjellige verdier, i tre forskjellige måleenheter.

I tillegg kan massen til et proton uttrykkes i forhold til massen til et elektron, som, som kjent, er mye "tyngre" enn en positivt ladet partikkel. Massen, med en grov beregning og signifikante feil i dette tilfellet, vil være 1836,152672 i forhold til massen til elektronet.

Protoner deltar i termonukleære reaksjoner, som er hovedkilden til energi generert av stjerner. Spesielt reaksjoner s-syklus, som er kilden til nesten all energien som sendes ut av solen, kommer ned til kombinasjonen av fire protoner til en helium-4-kjerne med transformasjonen av to protoner til nøytroner.

I fysikk er proton betegnet s(eller s+ ). Den kjemiske betegnelsen til protonet (betraktet som et positivt hydrogenion) er H +, den astrofysiske betegnelsen er HII.

Åpning [ | ]

Protonegenskaper[ | ]

Forholdet mellom proton- og elektronmassene, lik 1836.152 673 89(17), med en nøyaktighet på 0.002 % er lik verdien 6π 5 = 1836.118...

Protonets indre struktur ble først eksperimentelt studert av R. Hofstadter ved å studere kollisjoner av en stråle av høyenergielektroner (2 GeV) med protoner (Nobelprisen i fysikk 1961). Protonet består av en tung kjerne (kjerne) med en radius på cm, med høy tetthet av masse og ladning, som bærer ≈ 35 % (\displaystyle \ca. 35\%) elektrisk ladning av protonet og det relativt sjeldne skallet som omgir det. På avstand fra ≈ 0, 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 0,25\cdot 10^(-13)) før ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 1.4\cdot 10^(-13)) cm dette skallet består hovedsakelig av virtuelle ρ - og π -mesoner som bærer ≈ 50 % (\displaystyle \ca. 50\%) elektrisk ladning av protonet, deretter til avstanden ≈ 2, 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 2.5\cdot 10^(-13)) cm forlenger et skall av virtuelle ω - og π -mesoner, og bærer ~15% av den elektriske ladningen til protonet.

Trykket i sentrum av protonet skapt av kvarker er omtrent 10 35 Pa (10 30 atmosfærer), det vil si høyere enn trykket inne i nøytronstjerner.

Det magnetiske momentet til et proton måles ved å måle forholdet mellom resonansfrekvensen for presesjon av protonets magnetiske moment i et gitt ensartet magnetfelt og syklotronfrekvensen til protonets sirkulære bane i samme felt.

Det er tre fysiske størrelser knyttet til et proton som har lengdedimensjonen:

Målinger av protonradius ved bruk av vanlige hydrogenatomer, utført med ulike metoder siden 1960-tallet, førte (CODATA -2014) til resultatet 0,8751 ± 0,0061 femtometer(1 fm = 10 −15 m). De første eksperimentene med muoniske hydrogenatomer (hvor elektronet er erstattet av et myon) ga et 4 % mindre resultat for denne radiusen: 0,84184 ± 0,00067 fm. Årsakene til denne forskjellen er fortsatt uklare.

Det såkalte protonet Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, som bestemmer dens deltakelse i svake interaksjoner gjennom utveksling Z 0 boson (ligner på hvordan den elektriske ladningen til en partikkel bestemmer dens deltakelse i elektromagnetiske interaksjoner ved å utveksle et foton) er 0,0719 ± 0,0045, i henhold til eksperimentelle målinger av paritetsbrudd under spredning av polariserte elektroner på protoner. Den målte verdien er konsistent, innenfor eksperimentell feil, med de teoretiske prediksjonene til standardmodellen (0,0708 ± 0,0003).

Stabilitet [ | ]

Det frie protonet er stabilt, eksperimentelle studier har ikke avslørt noen tegn på dets forfall (nedre grense for levetiden er 2,9⋅10 29 år uavhengig av nedbrytningskanalen, 8,2⋅10 33 år for forfall til en positron og nøytral pion, 6,6⋅ 10 33 år for forfall til en positiv myon og en nøytral pion). Siden protonet er det letteste av baryonene, er stabiliteten til protonet en konsekvens av loven om bevaring av baryonnummer - et proton kan ikke forfalle til noen lettere partikler (for eksempel til et positron og nøytrino) uten å bryte denne loven. Imidlertid forutsier mange teoretiske utvidelser av standardmodellen prosesser (ennå ikke observert) som vil resultere i ikke-konservering av baryontall og dermed protonnedbrytning.

Et proton bundet i en atomkjerne er i stand til å fange et elektron fra elektronet K-, L- eller M-skallet til atomet (såkalt "elektronfangst"). Et proton i atomkjernen, etter å ha absorbert et elektron, blir til et nøytron og sender samtidig ut et nøytrino: p+e − →+ν e . Et "hull" i K-, L- eller M-laget dannet ved elektronfangst fylles med et elektron fra et av de overliggende elektronlagene til atomet, og sender ut karakteristiske røntgenstråler som tilsvarer atomnummeret Z− 1, og/eller Auger-elektroner. Over 1000 isotoper fra 7 er kjent
4 til 262
105, forfall ved elektronfangst. Ved tilstrekkelig høye tilgjengelige forfallsenergier (ovenfor 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) en konkurrerende forfallskanal åpnes - positronforfall p → +e ++ν e . Det bør understrekes at disse prosessene bare er mulige for et proton i noen kjerner, der den manglende energien fylles opp ved overgangen av det resulterende nøytronet til et lavere kjernefysisk skall; for et fritt proton er de forbudt av loven om bevaring av energi.

Kilden til protoner i kjemi er mineralsyrer (salpetersyre, svovelsyre, fosforsyre og andre) og organiske (maursyre, eddiksyre, oksalsyre og andre). I en vandig løsning er syrer i stand til å dissosiere med eliminering av et proton, og danner et hydroniumkation.

I gassfasen oppnås protoner ved ionisering - fjerning av et elektron fra et hydrogenatom. Ioniseringspotensialet til et ueksitert hydrogenatom er 13.595 eV. Når molekylært hydrogen ioniseres av raske elektroner ved atmosfærisk trykk og romtemperatur, dannes i utgangspunktet det molekylære hydrogenionet (H 2 +) - et fysisk system som består av to protoner som holdes sammen i en avstand på 1,06 ganger ett elektron. Stabiliteten til et slikt system, ifølge Pauling, er forårsaket av resonansen til et elektron mellom to protoner med en "resonansfrekvens" lik 7·10 14 s −1. Når temperaturen stiger til flere tusen grader, endres sammensetningen av hydrogenioniseringsprodukter til fordel for protoner - H +.

applikasjon [ | ]

Stråler av akselererte protoner brukes i eksperimentell fysikk av elementære partikler (studie av spredningsprosesser og produksjon av stråler av andre partikler), i medisin (protonterapi for kreft).

se også [ | ]

Notater [ | ]

1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants --- Komplett liste
2. CODATA Verdi: protonmasse
3. CODATA Verdi: protonmasse i u
4. Ahmed S.; et al. (2004). "Begrensninger på nukleonforfall via usynlige moduser fra Sudbury Neutrino Observatory." Fysiske gjennomgangsbrev. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
5. CODATA-verdi: protonmasseenergiekvivalent i MeV
6. CODATA Verdi: proton-elektron masseforhold
7. , Med. 67.
8. Hofstadter P. Struktur av kjerner og nukleoner // Fysisk. - 1963. - T. 81, nr. 1. - S. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
9. Shchelkin K. I. Virtuelle prosesser og strukturen til nukleonet // Physics of the Microworld - M.: Atomizdat, 1965. - S. 75.
10. Elastisk spredning, perifere interaksjoner og resonanser // Høyenergipartikler. Høye energier i verdensrommet og laboratorier - M.: Nauka, 1965. - S. 132.

, elektromagnetisk og gravitasjonsmessig

Protoner deltar i termonukleære reaksjoner, som er hovedkilden til energi generert av stjerner. Spesielt reaksjoner s-syklus, som er kilden til nesten all energien som sendes ut av solen, kommer ned til kombinasjonen av fire protoner til en helium-4-kjerne med transformasjonen av to protoner til nøytroner.

I fysikk er proton betegnet s(eller s+ ). Den kjemiske betegnelsen til protonet (betraktet som et positivt hydrogenion) er H +, den astrofysiske betegnelsen er HII.

Åpning

Protonegenskaper

Forholdet mellom proton- og elektronmassene, lik 1836.152 673 89(17), med en nøyaktighet på 0.002 % er lik verdien 6π 5 = 1836.118...

Protonets indre struktur ble først eksperimentelt studert av R. Hofstadter ved å studere kollisjoner av en stråle av høyenergielektroner (2 GeV) med protoner (Nobelprisen i fysikk 1961). Protonet består av en tung kjerne (kjerne) med en radius på cm, med høy tetthet av masse og ladning, som bærer ≈ 35 % (\displaystyle \ca. 35\,\%) elektrisk ladning av protonet og det relativt sjeldne skallet som omgir det. På avstand fra ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 0(,)25\cdot 10^(-13)) før ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm dette skallet består hovedsakelig av virtuelle ρ - og π -mesoner som bærer ≈ 50 % (\displaystyle \ca. 50\,\%) elektrisk ladning av protonet, deretter til avstanden ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \approx 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm forlenger et skall av virtuelle ω - og π -mesoner, og bærer ~15% av den elektriske ladningen til protonet.

Trykket i sentrum av protonet skapt av kvarker er omtrent 10 35 Pa (10 30 atmosfærer), det vil si høyere enn trykket inne i nøytronstjerner.

Det magnetiske momentet til et proton måles ved å måle forholdet mellom resonansfrekvensen for presesjon av protonets magnetiske moment i et gitt ensartet magnetfelt og syklotronfrekvensen til protonets sirkulære bane i samme felt.

Det er tre fysiske størrelser knyttet til et proton som har lengdedimensjonen:

Målinger av protonradius ved bruk av vanlige hydrogenatomer, utført med ulike metoder siden 1960-tallet, førte (CODATA -2014) til resultatet 0,8751 ± 0,0061 femtometer(1 fm = 10 −15 m). De første eksperimentene med muoniske hydrogenatomer (hvor elektronet er erstattet av et myon) ga et 4 % mindre resultat for denne radiusen: 0,84184 ± 0,00067 fm. Årsakene til denne forskjellen er fortsatt uklare.

Den såkalte svake ladningen til protonet Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, som bestemmer dens deltakelse i svake interaksjoner gjennom utveksling Z 0 boson (ligner på hvordan den elektriske ladningen til en partikkel bestemmer dens deltakelse i elektromagnetiske interaksjoner ved å utveksle et foton) er 0,0719 ± 0,0045, i henhold til eksperimentelle målinger av paritetsbrudd under spredning av polariserte elektroner på protoner. Den målte verdien er konsistent, innenfor eksperimentell feil, med de teoretiske prediksjonene til standardmodellen (0,0708 ± 0,0003).

Stabilitet

Det frie protonet er stabilt, eksperimentelle studier har ikke avslørt noen tegn på dets forfall (nedre grense for levetiden er 2,9⋅10 29 år uavhengig av nedbrytningskanalen, 8,2⋅10 33 år for forfall til en positron og nøytral pion, 6,6⋅ 10 33 år for forfall til en positiv myon og en nøytral pion). Siden protonet er det letteste av baryonene, er stabiliteten til protonet en konsekvens av loven om bevaring av baryonnummer - et proton kan ikke forfalle til noen lettere partikler (for eksempel til et positron og nøytrino) uten å bryte denne loven. Imidlertid forutsier mange teoretiske utvidelser av standardmodellen prosesser (ennå ikke observert) som vil resultere i ikke-konservering av baryontall og dermed protonnedbrytning.

Et proton bundet i en atomkjerne er i stand til å fange et elektron fra elektronet K-, L- eller M-skallet til atomet (såkalt "elektronfangst"). Et proton i atomkjernen, etter å ha absorbert et elektron, blir til et nøytron og sender samtidig ut et nøytrino: p+e − →+ν e . Et "hull" i K-, L- eller M-laget dannet ved elektronfangst fylles med et elektron fra et av de overliggende elektronlagene til atomet, og sender ut karakteristiske røntgenstråler som tilsvarer atomnummeret Z− 1, og/eller Auger-elektroner. Over 1000 isotoper fra 7 er kjent
4 til 262
105, forfall ved elektronfangst. Ved tilstrekkelig høye tilgjengelige forfallsenergier (ovenfor 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) en konkurrerende forfallskanal åpnes - positronforfall p → +e ++ν e . Det bør understrekes at disse prosessene bare er mulige for et proton i noen kjerner, der den manglende energien fylles opp ved overgangen av det resulterende nøytronet til et lavere kjernefysisk skall; for et fritt proton er de forbudt av loven om bevaring av energi.

Kilden til protoner i kjemi er mineralsyrer (salpetersyre, svovelsyre, fosforsyre og andre) og organiske (maursyre, eddiksyre, oksalsyre og andre). I en vandig løsning er syrer i stand til å dissosiere med eliminering av et proton, og danner et hydroniumkation.

I gassfasen oppnås protoner ved ionisering - fjerning av et elektron fra et hydrogenatom. Ioniseringspotensialet til et ueksitert hydrogenatom er 13.595 eV. Når molekylært hydrogen ioniseres av raske elektroner ved atmosfærisk trykk og romtemperatur, dannes i utgangspunktet det molekylære hydrogenionet (H 2 +) - et fysisk system som består av to protoner som holdes sammen i en avstand på 1,06 ganger ett elektron. Stabiliteten til et slikt system, ifølge Pauling, er forårsaket av resonansen til et elektron mellom to protoner med en "resonansfrekvens" lik 7·10 14 s −1. Når temperaturen stiger til flere tusen grader, endres sammensetningen av hydrogenioniseringsprodukter til fordel for protoner - H +.

applikasjon

se også

Notater

1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants --- Komplett liste
2. CODATA Verdi: protonmasse
3. CODATA Verdi: protonmasse i u
4. Ahmed S.; et al. (2004). "Begrensninger på nukleonforfall via usynlige moduser fra Sudbury Neutrino Observatory." Fysiske gjennomgangsbrev. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
5. CODATA-verdi: protonmasseenergiekvivalent i MeV
6. CODATA Verdi: proton-elektron masseforhold
7. , Med. 67.
8. Hofstadter P. Struktur av kjerner og nukleoner // Fysisk. - 1963. - T. 81, nr. 1. - S. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
9. Shchelkin K. I. Virtuelle prosesser og strukturen til nukleonet // Physics of the Microworld - M.: Atomizdat, 1965. - S. 75.
10. Zhdanov G. B. Elastisk spredning, perifere interaksjoner og resonanser // Høyenergipartikler. Høye energier i verdensrommet og laboratorier - M.: Nauka, 1965. - S. 132.
11. Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X. Trykkfordelingen inne i protonet // Nature. - 2018. - Mai (bd. 557, nr. 7705). - S. 396-399. - DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.
12. Bethe, G., Morrison F. Elementær teori om kjernen. - M: IL, 1956. - S. 48.

Hydrogen, et grunnstoff som har den enkleste strukturen. Den har en positiv ladning og en nesten ubegrenset levetid. Det er den mest stabile partikkelen i universet. Protonene produsert av Big Bang har ennå ikke forfalt. Protonmassen er 1.627*10-27 kg eller 938.272 eV. Oftere uttrykkes denne verdien i elektronvolt.

Protonet ble oppdaget av "faren" til kjernefysikk, Ernest Rutherford. Han la frem hypotesen om at atomkjernene til alle kjemiske elementer består av protoner, siden deres masse overstiger kjernen til et hydrogenatom med et helt antall ganger. Rutherford utførte et interessant eksperiment. På den tiden var den naturlige radioaktiviteten til noen grunnstoffer allerede oppdaget. Ved å bruke alfastråling (alfapartikler er høyenergiske heliumkjerner) bestrålte forskeren nitrogenatomer. Som et resultat av denne interaksjonen fløy en partikkel ut. Rutherford antydet at det var et proton. Ytterligere eksperimenter i et Wilson-boblekammer bekreftet hans antagelse. Så i 1913 ble en ny partikkel oppdaget, men Rutherfords hypotese om sammensetningen av kjernen viste seg å være uholdbar.

Oppdagelse av nøytronet

Den store vitenskapsmannen fant en feil i sine beregninger og la frem en hypotese om eksistensen av en annen partikkel som er en del av kjernen og har nesten samme masse som et proton. Eksperimentelt klarte han ikke å oppdage det.

Dette ble gjort i 1932 av den engelske vitenskapsmannen James Chadwick. Han gjennomførte et eksperiment der han bombarderte berylliumatomer med høyenergiske alfapartikler. Som et resultat av kjernereaksjonen ble det sendt ut en partikkel fra berylliumkjernen, senere kalt et nøytron. For sin oppdagelse mottok Chadwick Nobelprisen tre år senere.

Massen til et nøytron skiller seg egentlig lite fra massen til et proton (1.622 * 10-27 kg), men denne partikkelen har ingen ladning. I denne forstand er den nøytral og samtidig i stand til å forårsake fisjon av tunge kjerner. På grunn av mangel på ladning kan et nøytron lett passere gjennom den høye Coulomb-potensialbarrieren og trenge inn i strukturen til kjernen.

Protonet og nøytronet har kvanteegenskaper (de kan vise egenskapene til partikler og bølger). Nøytronstråling brukes til medisinske formål. Høy penetreringsevne gjør at denne strålingen kan ionisere dyptliggende svulster og andre ondartede formasjoner og oppdage dem. I dette tilfellet er partikkelenergien relativt lav.

Nøytronet er, i motsetning til protonet, en ustabil partikkel. Levetiden er omtrent 900 sekunder. Det forfaller til et proton, et elektron og et elektronnøytrino.