प्रोटॉन

प्रोटॉन : धन विद्युत् भारित मूलकण [ → मूलकण] . हायड्रोजनाचे अणुकेंद्र हे प्रोटॉनच असते. हवेतील वायूंच्या अणूवर आल्फा कणांचा (हीलियमाच्या अणुकेंद्रांचा) भडिमार केला असता, नायट्रोजन वायूचे अणुकेंद्र फुटून त्यातून हायड्रोजन अणुकेंद्र बाहेर पडते, असे अर्नेस्ट रदरफर्ड यांना १९१९ मध्ये दिसून आले. त्याला ‘प्रोटॉन’ हे नाव रदरफर्ड यांनी १९२० मध्ये सुचविले. त्याचा शब्दशः अर्थ ‘आद्य’ असा आहे.

गुणधर्म : प्रोटॉनाचा विद्युत् भार इलेक्ट्रॉनाइतकाच, पण धन चिन्हांकित म्हणजे + १·६०२२ X १०^-१९ कुलंब आहे. वस्तुमान इलेक्ट्रॉनाच्या १,८३६·१ पट म्हणजे १·६७२६ X १०^-२७ किग्रॅ., परिवलन परिबल

जूल सेकंद व चुंबकीय परिबल १·४१०६ x १०^-२६ जूल/टेस्ला आहे [→ अणुकेंद्रीय आणि आणवीय परिबले]. त्याला फेमी-डिरॅक सांख्यिकी [→ सांख्यिकीय भौतिकी] लागू पडते म्हणून तो मूलकणांच्या फेर्मिऑन या वर्गात मोडतो. दुसऱ्या एका वर्गीकरणाप्रमाणे मूलकणांच्या हॅड्रॉन या गटामध्ये प्रोटॉनाचा समावेश होतो. तो सर्व प्रकारच्या मूलगामी परस्परक्रियांमध्ये (प्रबल अणुकेंद्रीय, दुर्बल अणुकेंद्रीय, विद्युत् चुंबकीय व गुरुत्वीय) भाग घेऊ शकतो. तो चिरस्थायी आहे म्हणजेच त्याचे आयुर्मान अनंत आहे असे दिसते.

वेगवेगळ्या प्रयोगांनी त्याचे आकारमान किंवा (तो गोलाकार आहे असे समजल्यास) त्याची त्रिज्या वेगवेगळ्या मूल्याची येते. म्हणून याबद्दल निश्चित मूल्य सांगता येत नाही. उच्च ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉनांचा प्रोटॉनवर भडिमार करून प्रकीर्णित होणाऱ्या (आघातामुळे ज्यांच्या दिशेत बदल झालेला आहे अशा) इलेक्ट्रॉनांवरून विचार करता त्याची सरासरी त्रिज्या १·२ X १०^-१५ मी. येते.

परस्परक्रिया : सर्व अणूंची अणुकेंद्रे प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची बनलेली असतात. अणुकेंद्रात प्रोटॉन व प्रोटॉन किंवा प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांच्यामध्ये अती सामर्थ्यवान आकर्षणाच्या अणुकेंद्रीय प्रेरणा कार्यवाहीत येतात परंतु दोन प्रोटॉनांमधील अंतर सु. १०^-१५ मी. पेक्षा जास्त असेल, तर त्यांच्यामध्ये शार्ल ऑग्युस्तीन द कुलंब यांच्या नियमानुसार अपकर्षण होते.

संरचना : हीडेकी यूकावा यांच्या संकल्पनेनुसार अणुकेंद्रीय प्रेरणा π मेसॉनाच्या [→ मूलकण] उत्सर्जन-शोषणामुळे उत्पन्न होतात. त्यामुळे प्रोटॉन म्हणजे मेसॉनाच्या ढगाने वेष्टिलेला एक गाभा असे प्रतिमान (मॉडेल) अनुमत होते.

इलेक्ट्रॉन हा बिंदुरूप मूलकण असून त्याला काहीही आंतरिक संरचना नाही असे समजले जाते. प्रोटॉनाला मात्र काही आंतरिक संरचना आहे. इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन प्रयोगांवरून प्रोटॉनाच्या अंतर्भागात विद्युत् भाराचे एकविधतेने (एकसारखेपणे) वितरण झालेले नसून काही ठिकाणी तो सांद्रित (एकत्रित) झाल्यासारखा वाटतो. प्रोटॉनाला आंतरिक संरचना असल्याचे मूलकणांच्या विवेचनावरूनही दिसून आले होते.

इ. स. १९६३ मध्ये मरी गेल-मान व जी. त्स्वाइख यांनी सुचविलेल्या प्रतिमानानुसार प्रोटॉन हा क्वार्क नावाच्या तीन सूक्ष्म उपकणांपासून बनलेला असावा. प्रोटॉनाकडून उच्च ऊर्जेच्या इलेक्ट्रॉनांचे ज्या विशेष प्रकारे प्रकीर्णन होते त्यावरून १९६८ मध्ये आर्. पी. फाइनमन व जे. डी. ब्योर्केन यांनी प्रोटॉनाचे घटक ‘पार्टन’ नावाचे सूक्ष्मतर कण (जेथे विद्युत् भार सांद्रित झालेला आहे असे घटक) असावेत अशी कल्पना सुचविली. कदाचित क्वार्क व पार्टन हे एखाद्या एकाच मूलभूत गोष्टीचे दोन आविष्कार असावेत अशीही एक कल्पना आहे. परंतु क्वार्क किंवा पार्टन यांचे स्वतंत्र अस्तित्व अद्याप (१९८० सालापर्यंत) प्रयोगाने निर्विवादपणे सिद्ध झालेले नाही. न्यूट्रॉन व प्रोट़ॉन या एकाच मूलभूत कणाच्या दोन वेगवेगळ्या अवस्था आहेत कारण त्यांचे गुणधर्म (विद्युत भार वगळता) सारखेच आहेत. यावरून या दोघांना मिळून न्यूक्लिऑन हे समाईक नाव दिले गेले आहे.

प्रतिप्रोटॉन : पी. ए. एम्. डिरॅक यांच्या सिद्धांतावरून, प्रोटॉनाचे सर्व गुणधर्ण असलेला पण तेवढ्याचा मूल्याचा ऋण विद्युत् भार धारण करणारा, असा मूलकण अस्तित्वात असला पाहिजे असा निष्कर्ष निघतो. त्याला प्रतिप्रोटॉन हे नाव देण्यात आले. या कणाचे अस्तित्व १९५५ मध्ये ओएन चेंबरलिन, ई. जी. सेग्रे. सी. ई. व्हीगांट व टॉमस ईप्सिलांटिस यांनी प्रायोगिक रीत्या सिद्ध केले.

उपयोग व महत्त्व : सायक्लोट्रॉन, बेव्हाट्रॉन यांसारख्या ⇨कणवेगवर्धकांच्या साहाय्याने उच्च ऊर्जेच्या प्रोटॉनाचे झोत मिळविता येतात. सध्या ४०० GeV (गिगँ -१० ^९ – इलेक्ट्रॉन व्होल्ट, १ इलेक्ट्रॉन व्होल्ट = १·६०२ X १० ^-१९ जूल) इतक्या ऊर्जेचे प्रोटॉन झोत शिकागो येथील फेर्मी लॅबोरेटरीमध्ये मिळू शकतात. परस्परांच्या विरुद्ध वाहणाऱ्या दोन प्रोटॉन झोतांची टक्कर घडवून आणून त्याचा मूलकणविषयक संशोधनात बहुमोल उपयोग करण्यात येत आहे. कर्करोगावर उपचार करण्यासाठीही असे प्रोटॉन झोत उपयोगी पडतात. ⇨ इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाप्रमाणे प्रोटॉन सूक्ष्मदर्शकही बनविण्यात आला आहे.

ताऱ्याच्या अंतर्भागात घडून येणाऱ्या अणुकेंद्रीय विक्रियांत प्रोटॉनांचा महत्त्वाचा भाग असतो [→ अणुउर्जा]. प्राथमिक विश्वकिरण [→ विश्वकिरण] त्याचप्रमाणे सौरवात (सूर्यापासून सतत बाहेर पडणारा वेगवान वायुप्रवाह) यांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर प्रोटॉन आढळतात. हायड्रोजन आयनांच्या (विद्युत् भारित अणूंच्या) स्वरूपात प्रोटॉन अनेक रासायनिक विक्रियांत महत्त्वाचे कार्य करतो.

पुरोहित, वा. ल.

“