양성자
양전하를 가진 아원자 입자 / From Wikipedia, the free encyclopedia
양성자(陽性子, 영어: proton)는 +1e인 전하를 가지는 원자를 구성하는 입자다. 중성자와 함께 원자핵을 이루며 이 둘을 '핵자'라고도 부른다. 모든 원자에 있는 핵에는 양성자가 하나 이상 포함되어 있고 이 양성자 개수가 원소 성질을 결정한다. 각 원소가 각자 양성자 수가 달라서 양성자 개수를 원소 고유한 원자 번호로 사용한다. 양성자 영문 표기인 proton은 그리스어로 '첫 번째'를 뜻한다. 이 명칭은 1920년에 어니스트 러더퍼드가 수소 원자핵 명칭으로 부여했다. 러더퍼드는 수소 원자핵 (가장 가벼운 원자핵)을 질소 원자핵 충돌로 얻을 수 있다는 사실을 1919년에 발견했고 따라서 양성자가 질소를 비롯한 모든 무거운 원자핵을 구성하는 기본 입자 후보라 여겼다.
구성 | 2 up, 1 down |
---|---|
통계 | 페르미온 |
기호 | p+ |
반입자 | 반양성자 |
발견 | 어니스트 러더퍼드(1919) |
질량 | 1.672 621 71(29) × 10−27 kg 938.272 029(80) MeV/c2 1.007 276 466 88(13) u |
전하 | 1e 1.602 176 634 × 10−19 C |
스핀 | ½ |
소립자 물리학의 현대 표준 모형에서 양성자는 강입자 중 한 종류며 또 다른 핵자인 중성자와 같이 쿼크 3개(위 쿼크 2개와 아래 쿼크 1개)로 이루어져 있다. 쿼크를 제외한 질량 부분은 양성자 질량 1%정도에 불과하다.[1] 양성자 질량에서 남는 부분은 쿼크의 역학적 에너지와 쿼크를 모아주는 글루온에 의한 강한 상호작용의 에너지에 의한 것이다. 양성자는 기본입자가 아니기 때문에 물리적인 크기를 갖는다. 양성자의 반지름은 약 0.84 fm이다.[2]
충분히 낮은 온도에서 자유 양성자는 전자와 결합한다. 하지만 그렇게 묶인 양성자의 성질이 변하지는 않는다. 물질 사이를 빠르게 움직이는 양성자는 전자나 원자핵과의 상호작용으로 인해 원자의 전자구름에 붙잡힐 때까지 속도가 느려진다. 그 결과로 생성되는 것이 수소 화합물의 일종인 양자화 된 원자이다. 진공 상태에서 자유전자가 존재한다면 충분히 느린 양성자가 각각의 자유전자를 집어가 화학적으로 유리기상태인 중성 수소 원자가 된다. 이러한 “자유 수소 원자”들은 충분히 낮은 에너지를 갖는 다른 원자와 화학반응을 일으키는 경향이 있다. 두 자유 수소 원자가 서로 반응하면 그것들은 성간 공간의 분자 구름에 가장 흔한 분자인 중성 수소 분자(H2)가 된다. 지구상에 존재하는 이 분자는 대형 강입자 충돌기를 활용한 실험과 같은 강입자 물리 실험 등에서 가속을 위해 쓰이는 양성자의 좋은 공급원으로 쓰인다.