Протон — це частинка з додатним електричним зарядом, яка міститься в ядрі в центрі кожного атома. Він має в поперечнику приблизно 1,7 фемтометра. Цю величину отримують як подвоєний зарядовий радіус протона — середній радіус його електричного заряду. Фемтометр — це мільйонна частка мільярдної частки метра (10⁻¹⁵ метра).

Розмір

Протон не має твердої поверхні. Це хмара з трьох менших частинок, які називають кварками: двох u-кварків і одного d-кварка. Їх утримує разом сильна взаємодія — та сама, що зв’язує протони й нейтрони в ядро. Рекомендоване значення зарядового радіуса протона, яке наводить Національний інститут стандартів і технологій США (NIST), становить 0,84075 фемтометра. Невизначеність цього значення — менш ніж 1%.

Є два основні способи його виміряти. В одному електрони спрямовують на протони й записують, як вони відскакують. В іншому вимірюють світло, яке випромінюють атоми водню: їхні енергетичні рівні зміщуються дуже незначно, бо протон не є точкою.

Порівняння розмірів

Нейтрон, партнер протона в ядрі, має приблизно такий самий розмір. Якщо виміряти однаково — за розподілом їхнього магнетизму, — їхні радіуси відрізняються менш ніж на 2%.
Ядро гелію, що складається з двох протонів і двох нейтронів, має в поперечнику приблизно 3,4 фемтометра — удвічі більше за ширину одного протона.
Атом водню, тобто один протон з одним електроном навколо нього, має в поперечнику приблизно 0,1 нанометра — це приблизно у 60 000 разів більше за ширину його протона. Нанометр — це мільярдна частка метра.
Якби протон збільшили до розміру баскетбольного м’яча, атом водню навколо цього протона мав би в поперечнику близько 15 кілометрів.
Приблизно 60 мільярдів протонів, розташованих бік о бік, дорівнювали б за шириною людській волосині, яка завтовшки приблизно 0,1 міліметра.

Загадка радіуса протона

До 2010 року обидва способи давали радіус приблизно 0,88 фемтометра. Того року група вчених Інституту Пауля Шеррера у Швейцарії виміряла атоми водню, в яких електрон замінили мюоном. Мюон схожий на електрон, але приблизно у 200 разів важчий, тому він обертається набагато ближче до протона і значно чутливіший до його розміру. Група отримала 0,84184 фемтометра, приблизно на 4% менше — розбіжність надто велика, щоб пояснити її похибкою вимірювання.

Фізики назвали цю розбіжність загадкою радіуса протона, і дехто сподівався, що це ознака невідомої сили природи. У 2019 році в експерименті PRad у Лабораторії Джефферсона у штаті Вірджинія повідомили про новий тип вимірювання, заснований на розсіянні електронів, яке дало 0,831 фемтометра, що узгоджується з меншим значенням. У 2026 році точне дослідження звичайного водню в Інституті квантової оптики Макса Планка в Німеччині також узгодилося з меншим значенням, а його автори називають загадку розв’язаною.

Будівельний блок кожного елемента

Кількість протонів у ядрі визначає, яким елементом є атом. Кожен атом з одним протоном — це водень, а кожен атом із шістьма — вуглець. Маса протона у 1 836 разів більша за масу електрона, тому протони й нейтрони в ядрі зосереджують майже всю масу атома.

Джерела

Proton rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
Proton-electron mass ratio. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
Summary Tables: Baryons. Particle Data Group, 2025.
New Measurement Yields Smaller Proton Radius. Jefferson Lab, 2019.
Protons - smaller than we thought. Paul Scherrer Institute, 2010.
Precision to the thirteenth decimal place. Max Planck Institute of Quantum Optics, 2026.
How big is the alpha particle? Laser spectroscopy provides new results with record precision. Max Planck Institute of Quantum Optics, 2021.
Alpha particle rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
Bohr radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
Atomic Structure and Symbolism. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
Properties of Nuclei. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.

Report a Problem

for Протон