بروتون

البروتون جسيم دون ذري مستقر ، رمزه p أو H⁺ أو ^{1H⁺ ، يحمل} شحنة كهربائية موجبة مقدارها + 1e ( شحنة أولية ). كتلته أقل بقليل من كتلة النيوترون ، وتقريبًا تبلغ كتلة البروتون 1836 ضعف كتلة الإلكترون ( نسبة كتلة البروتون إلى كتلة الإلكترون ). ويُشار إلى البروتونات والنيوترونات، التي تبلغ كتلة كل منها حوالي دالتون واحد، مجتمعة باسم النيوكليونات (الجسيمات الموجودة في نوى الذرات).

يحتوي كل ذرة على بروتون واحد أو أكثر في نواتها . توفر هذه البروتونات قوة الجذب الكهروستاتيكية المركزية التي تربط الإلكترونات الذرية. يُعد عدد البروتونات في النواة الخاصية المميزة للعنصر، ويُشار إليه بالعدد الذري (ويرمز له بالرمز Z ). وبما أن كل عنصر يُحدد بعدد البروتونات في نواته، فإن لكل عنصر عدده الذري الخاص، الذي يُحدد عدد الإلكترونات الذرية، وبالتالي هوية العنصر وخصائصه الكيميائية.

كلمة "بروتون " مشتقة من اليونانية وتعني "الأول"، وقد أطلق إرنست رذرفورد هذا الاسم على نواة الهيدروجين عام 1920. في السنوات السابقة، اكتشف رذرفورد أن نواة الهيدروجين (المعروفة بأنها أخف نواة) يمكن استخلاصها من نوى النيتروجين عن طريق التصادمات الذرية. ^{[ 10 ]} ولذلك، كان البروتون مرشحًا ليكون جسيمًا أساسيًا أو أوليًا ، وبالتالي لبنة بناء النيتروجين وجميع النوى الذرية الأثقل الأخرى.

على الرغم من أن البروتونات كانت تُعتبر في الأصل جسيمات أولية، إلا أنه في النموذج القياسي الحديث لفيزياء الجسيمات ، تُعرف البروتونات بأنها جسيمات مركبة، تحتوي على ثلاثة كواركات تكافؤ ، وتُصنف الآن مع النيوترونات ضمن الهادرونات . يتكون البروتون من كواركين علويين بشحنة +2/3 e لكل منهما ، وكوارك سفلي واحد بشحنة -1/3 e . تُساهم كتل سكون الكواركات بنحو 1 % فقط من كتلة البروتون . ^{[ 11 ]} أما النسبة المتبقية من كتلة البروتون فتُعزى إلى طاقة الربط في الديناميكا اللونية الكمومية ، والتي تشمل الطاقة الحركية للكواركات وطاقة حقول الغلوونات التي تربط الكواركات معًا. يبلغ نصف قطر شحنة البروتون حوالي0.841 fm  ولكن نوعين مختلفين من القياسات يعطيان قيمًا مختلفة قليلاً. ^{[ 12 ]}

عند درجات حرارة منخفضة بما فيه الكفاية وطاقات حركية منخفضة، سترتبط البروتونات الحرة بالإلكترونات في أي مادة تعبرها.

تُستخدم البروتونات الحرة بشكل روتيني في مسرعات العلاج بالبروتونات أو تجارب فيزياء الجسيمات المختلفة، وأقوى مثال على ذلك هو مصادم الهادرونات الكبير .

البروتونات هي فرميونات ذات لف مغزلي 1/2 ، وتتكون من ثلاثة كواركات تكافؤ، ^{[ 13 ]} مما يجعلها باريونات (نوع فرعي من الهادرونات ). يرتبط الكواركان العلويان والكوارك السفلي للبروتون معًا بواسطة القوة النووية القوية ، التي تتوسطها الغلوونات . ^{[ 14 ] : 21-22.} من منظور حديث، يتكون البروتون من كواركات التكافؤ (علوي، علوي، سفلي)، والغلوونات، وأزواج عابرة من كواركات البحر . للبروتونات توزيع شحنة موجبة، يتناقص تقريبًا أُسّيًا، بمتوسط ​​جذر تربيعي لنصف قطر الشحنة يبلغ حوالي 0.8 فيمتومتر. ^{[ 15 ]} 

البروتونات والنيوترونات كلاهما نيوكليونات ، يمكن ربطها معًا بواسطة القوة النووية لتكوين نوى ذرية . نواة النظير الأكثر شيوعًا لذرة الهيدروجين (الذي يرمز له بـ "H") هي بروتون منفرد. أما نوى نظائر الهيدروجين الثقيلة، الديوتيريوم والتريتيوم ، فتحتوي على بروتون واحد مرتبط بنيوترون واحد ونيوترونين على التوالي. جميع أنواع النوى الذرية الأخرى تتكون من بروتونين أو أكثر وأعداد متفاوتة من النيوترونات.

تطوّر مفهوم الجسيم الشبيه بالهيدروجين كمكوّن للذرات الأخرى على مدى فترة طويلة. ففي عام 1815، استخدم ويليام براوت القيم المبكرة للوزن الذري ليضع ما أطلق عليه الباحثون اللاحقون فرضية براوت : أن جميع الذرات تتكون من تركيبات عددية صحيحة من ذرات الهيدروجين (التي أطلق عليها اسم "البروتيلات"). وعندما تم قياس قيم أكثر دقة للأوزان الذرية، لم تعد العلاقة العددية صحيحة. ومع ذلك، استمر المفهوم في إثارة اهتمام العلماء، وسيعود للظهور مرة أخرى بعد قرن من الزمان. ^{[ 16 ] : 39-42}

في عام 1886، اكتشف يوجين غولدشتاين أشعة القناة (المعروفة أيضًا بأشعة الأنود) الخارجة من ثقوب في أنبوب التفريغ. وفي عام 1898، بيّن فيلهلم فيين أن هذه الأشعة تحمل شحنة معاكسة لشحنة الإلكترونات السالبة التي اكتشفها جيه جيه طومسون ، ولكن بنسبة كتلة إلى شحنة أعلى بكثير. ^{[ 17 ]} وفي وقت لاحق من ذلك العام، تمكن طومسون من تحديد قيمة مقدار الشحنة الكهربائية ، e ، ^{[ 18 ] : 86،} وأظهر أن أشعة القناة تحتوي على مادة بنسبة شحنة إلى كتلة ( q / m ) تتوافق مع أيون الهيدروجين. ^{[ 19 ] : 406}

بعد اكتشاف إرنست رذرفورد لنواة الذرة عام 1913، اقترح أنطونيوس فان دن بروك أن موقع كل عنصر في الجدول الدوري (عدده الذري) يساوي شحنته النووية. وتكهن فان دن بروك بأن النواة تحتوي على جسيمات ألفا ذات أربع شحنات موجبة وإلكترونين، وهي النسخة الأولى من فرضية الإلكترون النووي . ( استغرق اكتشاف النموذج الحديث المكون من بروتونين موجبين ونيوترونين سنوات عديدة). ^{[ 20 ] : 20} وفي عام 1913 أيضًا، قدم نيلز بور نظريةً لبنية الذرة تنبأت بانتقالات إلكترونية مرتبطة بالشحنة النووية. وقد أكد هنري موزلي هذه النظرية تجريبيًا عام 1913 عندما أظهر أن طاقة خطوط طيف الأشعة السينية للعديد من العناصر تتبع نمطًا يعتمد على العدد الذري .

في عام ١٩١٩، وبعد سلسلة طويلة من التجارب المتقطعة التي توقفت بسبب الحرب العالمية الأولى، اكتشف رذرفورد ما أسماه التفكك الاصطناعي لذرات النيتروجين . باستخدام جسيمات ألفا المنبعثة من الراديوم لضرب الهواء، رصد رذرفورد وميضًا على شاشة من كبريتيد الزنك على مسافة تصل إلى ٢٨  سم، وهي مسافة تتجاوز بكثير مدى حركة جسيمات ألفا، ولكنها تتوافق مع مدى حركة ذرات الهيدروجين. ^{[ ٢١ ]} وبحلول عام ١٩٢٠، استنتج أن نوى الهيدروجين هذه جزء لا يتجزأ من نواة النيتروجين. وقد وُصفت هذه النتيجة بأنها اكتشاف البروتونات. ^{[ ٢٢ ]}

عندما عرض رذرفورد نتائجه في الجمعية البريطانية لتقدم العلوم في أغسطس 1920، طلب منه أوليفر لودج اسمًا جديدًا لنواة الهيدروجين الموجبة لتجنب الخلط بينها وبين ذرة الهيدروجين المتعادلة. ^{[ 23 ]} اقترح رذرفورد في البداية اسمي "بروتون " (وهو المفرد المحايد للكلمة اليونانية التي تعني "الأول"، πρῶτον ) و "بروتون " (نسبةً إلى بروت). ^{[ 24 ]} أفاد رذرفورد لاحقًا أن الاجتماع قد وافق على اقتراحه بتسمية نواة الهيدروجين "بروتون"، اقتداءً بكلمة بروت "protyle". ^{[ 25 ]} ظهر أول استخدام لكلمة "بروتون" في الأدبيات العلمية عام 1920. ^{[ 26 ] [ 18 ] [ 20 ] : 23}

افترض رذرفورد في البداية أن جسيم ألفا ينتزع بروتونًا من ذرة النيتروجين، محولًا إياها إلى كربون. لكن صور غرفة السحاب التي التقطها باتريك بلاكيت عام 1925 أظهرت امتصاص جسيم ألفا. لو لم يُمتص جسيم ألفا، لكان من المتوقع ظهور ثلاثة جسيمات مشحونة: ذرة كربون سالبة الشحنة، وبروتون، وجسيم ألفا. كان من المفترض أن تُخلّف هذه الجسيمات الثلاثة ثلاثة مسارات في غرفة السحاب، لكن لم يُرصد سوى مسارين. اقترح بلاكيت أن جسيم ألفا يُمتص بواسطة ذرة النيتروجين. وكان الناتج هو الأكسجين الثقيل ( ^17O )، وليس الكربون. ^{[ 27 ] [ 20 ]} وكان هذا أول تفاعل نووي مُسجّل ، ^14N + α → ^17O + p .

يوجد بروتون واحد أو أكثر مرتبط في نواة كل ذرة. وتوجد البروتونات الحرة بشكل طبيعي في العديد من الحالات التي تكون فيها الطاقة أو درجات الحرارة مرتفعة بما يكفي لفصلها عن الإلكترونات، التي تربطها بها بعض الألفة. وتظهر البروتونات الحرة أحيانًا على الأرض: إذ يمكن للعواصف الرعدية أن تُنتج بروتونات بطاقات تصل إلى عشرات الميغا إلكترون فولت . ^{[ 28 ] [ 29 ]} كما توجد البروتونات الحرة في البلازما التي تكون فيها درجات الحرارة مرتفعة جدًا بحيث لا تسمح لها بالاتحاد مع الإلكترونات . ^{[ 30 ]} وتشكل البروتونات الحرة ذات الطاقة والسرعة العاليتين 90% من الأشعة الكونية ، التي تنتشر عبر الوسط بين النجوم . ^{[ 31 ]} وتنبعث البروتونات الحرة مباشرة من نوى الذرات في بعض أنواع التحلل الإشعاعي النادرة . ^{[ 32 ]} وتنتج البروتونات أيضًا (إلى جانب الإلكترونات ومضادات النيوترينو ) من التحلل الإشعاعي للنيوترونات الحرة ، وهي غير مستقرة. ^{[ 33 ]}

لم يُرصد التحلل التلقائي للبروتونات الحرة قط، ولذلك تُعتبر البروتونات جسيمات مستقرة وفقًا للنموذج القياسي. مع ذلك، تتوقع بعض النظريات الموحدة الكبرى (GUTs) في فيزياء الجسيمات أن تحلل البروتون يجب ^أن يحدث بعمر يتراوح بين ^10³¹ و10³⁶ سنة. الحد الأدنى التجريبي لمتوسط ​​العمر هو0.96 × 10 ³⁰  سنة . ^{[ 4 ]}

يقيس متوسط ​​عمر البروتونات مدى تحللها إلى أي ناتج. كما يُقاس عمر البروتونات الناتجة عن تحللها إلى نواتج محددة. على سبيل المثال، أعطت التجارب التي أُجريت في كاشف سوبر كاميوكاندي في اليابان حدودًا دنيا لمتوسط ​​عمر البروتونات.1.6 × 10 ³⁴  سنة لتحلله إلى مضاد ميون وبيون متعادل ، و2.4 × 10 ³⁴  سنة لتحلله إلى بوزيترون وبيون متعادل. ^{[ 34 ] [ 4 ]}

من المعروف أن البروتونات تتحول إلى نيوترونات من خلال عملية التقاط الإلكترون (وتسمى أيضًا اضمحلال بيتا العكسي ). بالنسبة للبروتونات الحرة، لا تحدث هذه العملية تلقائيًا، بل فقط عند تزويدها بالطاقة. المعادلة هي:

ص ⁺+ e ⁻→ ن + ν_هـ

العملية قابلة للانعكاس؛ إذ يمكن للنيوترونات أن تتحول إلى بروتونات مرة أخرى من خلال تحلل بيتا ، وهو شكل شائع من أشكال التحلل الإشعاعي . في الواقع، يتحلل النيوترون الحر بهذه الطريقة، بمتوسط ​​عمر يبلغ حوالي 15 دقيقة. كما يمكن للبروتون أن يتحول إلى نيوترون من خلال تحلل بيتا الموجب (β+).

وفقًا لنظرية المجال الكمومي ، فإن متوسط ​​العمر الذاتي للبروتونات${\displaystyle \tau _{\mathrm {p} }}$تصبح محدودة عندما تتسارع بتسارع مناسب${\displaystyle a}$، و${\displaystyle \tau _{\mathrm {p} }}$يتناقص مع زيادة${\displaystyle a}$يؤدي التسارع إلى احتمال غير معدوم للانتقال p ⁺→ ن + هـ ⁺+ ν_هـ . كان هذا الأمر مصدر قلق في أواخر التسعينيات لأن${\displaystyle \tau _{\mathrm {p} }}$هو كمية قياسية يمكن قياسها بواسطة المراقبين في الإطار المرجعي العطالي والمراقبين المتسارعين . في الإطار المرجعي العطالي ، من المفترض أن يتحلل البروتون المتسارع وفقًا للصيغة المذكورة أعلاه. مع ذلك، ووفقًا للمراقب المتسارع، يكون البروتون ساكنًا، وبالتالي لا ينبغي أن يتحلل. يُحل هذا اللغز بإدراك وجود حمام حراري في الإطار المتسارع نتيجة لتأثير فولينغ-ديفيز-أونرو ، وهو تأثير جوهري لنظرية الحقل الكمومي. في هذا الحمام الحراري، الذي يتعرض له البروتون، توجد إلكترونات ومضادات نيوترينو يمكن للبروتون التفاعل معها وفقًا للعمليات التالية:

1. ص ⁺+ e ⁻→ n + ν ,
2. ص ⁺+ ν → n + e ⁺و
3. ص ⁺+ e ⁻+ ν → n .

وبإضافة مساهمات كل عملية من هذه العمليات، ينبغي الحصول على${\displaystyle \tau _{\mathrm {p} }}$[ ^{35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]​}

في الديناميكا اللونية الكمومية ، وهي النظرية الحديثة للقوة النووية، يُفسَّر معظم كتلة البروتونات والنيوترونات بواسطة النسبية الخاصة . تبلغ كتلة البروتون حوالي 80 إلى 100 ضعف مجموع كتل السكون للكواركات الثلاثة المكونة له ، بينما كتلة سكون الغلوونات تساوي صفرًا. تُشكِّل الطاقة الإضافية للكواركات والغلوونات في البروتون، مقارنةً بطاقة سكون الكواركات وحدها في فراغ الديناميكا اللونية الكمومية ، ما يقرب من 99% من كتلة البروتون. وبالتالي، فإن كتلة سكون البروتون هي الكتلة الثابتة لنظام الكواركات والغلوونات المتحركة التي تُكوِّن الجسيم، وفي مثل هذه الأنظمة، حتى طاقة الجسيمات عديمة الكتلة المحصورة في النظام تُقاس كجزء من كتلة سكون النظام.

يُستخدم مصطلحان للإشارة إلى كتلة الكواركات التي تُكوّن البروتونات: كتلة الكوارك الحالية، وهي كتلة الكوارك بمفرده، وكتلة الكوارك المُكوِّن ، وهي كتلة الكوارك الحالية بالإضافة إلى كتلة مجال جسيمات الغلوون المُحيط بالكوارك. ^{[ 39 ] : 285-286 [ 40 ] : 150-151} وتختلف قيم هاتين الكتلتين اختلافًا كبيرًا. وتُعدّ الطاقة الحركية للكواركات، الناتجة عن الحصر، مُساهمةً (انظر: الكتلة في النسبية الخاصة ). باستخدام حسابات نظرية الكروموديناميكا الكمية الشبكية ، فإن المساهمات في كتلة البروتون هي: مكثف الكواركات (حوالي 9%، ويشمل الكواركات العلوية والسفلية وبحرًا من الكواركات الغريبة الافتراضية)، والطاقة الحركية للكواركات (حوالي 32%)، والطاقة الحركية للغلوونات (حوالي 37%)، والمساهمة الغلوونية الشاذة (حوالي 23%، وتشمل مساهمات من مكثفات جميع أنواع الكواركات). ^{[ 41 ]}

دالة الموجة لنموذج الكوارك المكون للبروتون هي $${\displaystyle \mathrm {|p_{\uparrow }\rangle ={\tfrac {1}{\sqrt {18}}}\left(2|u_{\uparrow }d_{\downarrow }u_{\uparrow }\rangle +2|u_{\uparrow }u_{\uparrow }d_{\downarrow }\rangle +2|d_{\downarrow }u_{\uparrow }u_{\uparrow }\rangle -|u_{\uparrow }u_{\downarrow }d_{\uparrow }\rangle -|u_{\uparrow }d_{\uparrow }u_{\downarrow }\rangle -|u_{\downarrow }d_{\uparrow }u_{\uparrow }\rangle -|d_{\uparrow }u_{\downarrow }u_{\uparrow }\rangle -|d_{\uparrow }u_{\uparrow }u_{\downarrow }\rangle -|u_{\downarrow }u_{\uparrow }d_{\uparrow }\rangle \right)} .}$$

تُعدّ الديناميكيات الداخلية للبروتونات معقدة، لأنها تتحدد بتبادل الكواركات للغلوونات وتفاعلها مع مكثفات الفراغ المختلفة. يوفر نموذج الكروموديناميكا الكمية الشبكية طريقة لحساب كتلة البروتون مباشرةً من النظرية بدقة عالية، من حيث المبدأ. وتزعم أحدث الحسابات ^{[ 42 ] [ 43 ]} أن الكتلة تُحدد بدقة أفضل من 4%، بل وحتى بدقة 1% (انظر الشكل S5 في Dürr et al. ^{[ 43 ]} ). لا تزال هذه الادعاءات مثيرة للجدل، لأن الحسابات لا يمكن إجراؤها حتى الآن باستخدام كواركات خفيفة كتلتها في الواقع. هذا يعني أن التنبؤات تُستنتج من خلال عملية استقراء ، مما قد يُدخل أخطاءً منهجية. ^{[ 44 ]} من الصعب تحديد ما إذا كانت هذه الأخطاء مضبوطة بشكل صحيح، لأن الكميات التي تُقارن بالتجربة هي كتل الهادرونات ، المعروفة مسبقًا.

تُجرى هذه الحسابات الحديثة بواسطة حواسيب عملاقة، وكما أشار بوفي وباسكويني: "لا يزال الوصف التفصيلي لبنية النيوكليون مفقودًا لأن... سلوكها على مسافات طويلة يتطلب معالجة غير اضطرابية و/أو عددية  ..." ^{[ 45 ].} ومن بين المناهج المفاهيمية الأخرى لدراسة بنية البروتونات: منهج السوليتون الطوبولوجي الذي يعود أصله إلى توني سكيرم ، ومنهج AdS/QCD الأكثر دقة الذي يوسعه ليشمل نظرية الأوتار للغلوونات، ^{[ 46 ]} ونماذج مختلفة مستوحاة من QCD مثل نموذج الكيس ونموذج الكوارك المكون ، والتي شاعت في ثمانينيات القرن الماضي، وقواعد جمع SVZ ، التي تسمح بإجراء حسابات تقريبية للكتلة. ^{[ 47 ]} لا تتمتع هذه الطرق بنفس دقة طرق QCD الشبكية الأكثر بدائية، على الأقل ليس بعد.

القيمة الموصى بها من قبل CODATA لنصف قطر شحنة البروتون هي8.4075(64) × 10⁻¹⁶ م  . ^{[ 5 ]} يختلف نصف قطر البروتون المقاس بتشتت الإلكترون-بروتون عن القيمة المقاسة عبر إزاحة لامب في الهيدروجين الميوني ( ذرة غريبة ^تتكون من بروتون وميون سالب الشحنة ). ^{[ 12 ]} ولأن الميون أثقل من الإلكترون بمئتي ضعف، مما ينتج عنه مدار ذري أصغر ، فهو أكثر حساسية لنصف قطر شحنة البروتون، وبالتالي يسمح بقياس أكثر دقة. ^{[ 48 ]} تتوافق قياسات التشتت المحسّنة اللاحقة وقياسات مطيافية الإلكترون مع نصف القطر الصغير الجديد. ويستمر العمل على تحسين هذه القيمة الجديدة والتحقق منها. ^{[ 49 ]}

يتوافق نوع ثالث من القياسات عالية الدقة بشكل كبير مع القيمة التي توفرها مطيافية الهيدروجين الميونية، لكن لا تزال هناك اختلافات غير مفسرة. كما تم التشكيك في الطبيعة الدقيقة لما تعنيه هذه القياسات. ^{[ 50 ]}

على الرغم من أن البروتونات لديها ميلٌ للإلكترونات ذات الشحنة المعاكسة، إلا أن هذا التفاعل منخفض الطاقة نسبيًا، ولذا يجب أن تفقد البروتونات الحرة سرعةً ( وطاقةً حركيةً ) كافيةً لتصبح مرتبطةً ارتباطًا وثيقًا بالإلكترونات. أما البروتونات عالية الطاقة، أثناء مرورها في المادة العادية، فتفقد طاقتها من خلال التصادمات مع نوى الذرات ، ومن خلال تأين الذرات (إزالة الإلكترونات) حتى تتباطأ سرعتها بما يكفي ليتم التقاطها بواسطة السحابة الإلكترونية في الذرة العادية.

مع ذلك، في مثل هذا الارتباط مع الإلكترون، لا تتغير طبيعة البروتون المرتبط، ويبقى بروتونًا. يؤدي انجذاب البروتونات الحرة منخفضة الطاقة إلى أي إلكترونات موجودة في المادة العادية (مثل الإلكترونات في الذرات العادية) إلى توقف البروتونات الحرة وتكوين رابطة كيميائية جديدة مع ذرة. تحدث هذه الرابطة عند أي درجة حرارة "باردة" كافية (أي، مماثلة لدرجات الحرارة على سطح الشمس) ومع أي نوع من الذرات. بالتالي، عند التفاعل مع أي نوع من المادة العادية (غير البلازما)، لا تبقى البروتونات الحرة منخفضة السرعة حرة، بل تنجذب إلى الإلكترونات في أي ذرة أو جزيء تتلامس معه، مما يؤدي إلى اتحاد البروتون والجزيء. يُقال حينها إن هذه الجزيئات " مُبرتنة "، وهي كيميائيًا ببساطة مركبات هيدروجين، غالبًا ما تكون موجبة الشحنة. ونتيجة لذلك، غالبًا ما تصبح ما يُسمى بأحماض برونستد . على سبيل المثال، يصبح البروتون الذي تم التقاطه بواسطة جزيء الماء في الماء _أيون الهيدرونيوم ، ^وهو الكاتيون المائي H3O + .

أظهرت حزم تجارب أبولو لسطح القمر (ALSEP) أن أكثر من 95% من الجسيمات في الرياح الشمسية هي إلكترونات وبروتونات، بأعداد متساوية تقريبًا. ^{[ 57 ] [ 58 ]}

بفضل القياسات المستمرة التي أجراها مطياف الرياح الشمسية ، أمكن قياس تأثير المجال المغناطيسي للأرض على جسيمات الرياح الشمسية الواصلة. يكون القمر خارج المجال المغناطيسي للأرض لحوالي ثلثي كل مدار . في هذه الأوقات، تتراوح كثافة البروتونات عادةً بين 10 و20 بروتونًا لكل سنتيمتر مكعب، وتتراوح سرعة معظم البروتونات بين 400 و650 كيلومترًا في الثانية. ولمدة خمسة أيام تقريبًا من كل شهر، يكون القمر داخل ذيل المجال المغناطيسي للأرض، وعادةً لا يمكن رصد أي جسيمات من الرياح الشمسية. أما في الفترة المتبقية من كل مدار قمري، فيكون القمر في منطقة انتقالية تُعرف بالغلاف المغناطيسي ، حيث يؤثر المجال المغناطيسي للأرض على الرياح الشمسية، ولكنه لا يمنعها تمامًا. في هذه المنطقة، ينخفض ​​تدفق الجسيمات، وتتراوح سرعة البروتونات عادةً بين 250 و450 كيلومترًا في الثانية. وخلال الليل القمري، كان القمر يحجب المطياف عن الرياح الشمسية، ولم تُقاس أي جسيمات من الرياح الشمسية. ^{[ 57 ]}

للبروتونات أيضًا أصل خارج المجموعة الشمسية من الأشعة الكونية المجرية ، حيث تشكل حوالي 90% من إجمالي تدفق الجسيمات. غالبًا ما تمتلك هذه البروتونات طاقة أعلى من بروتونات الرياح الشمسية، وتكون شدتها أكثر تجانسًا وأقل تباينًا بكثير من البروتونات القادمة من الشمس، والتي يتأثر إنتاجها بشدة بأحداث البروتونات الشمسية مثل الانبعاثات الكتلية الإكليلية .

أُجريت أبحاثٌ حول تأثيرات معدل جرعة البروتونات، كما هو شائع في رحلات الفضاء ، على صحة الإنسان. ^{[ 58 ] [ 59 ]} وبشكلٍ أكثر تحديدًا، تُعقد آمالٌ على تحديد الكروموسومات المُتضررة، وتوضيح طبيعة هذا الضرر، أثناء تطور السرطان نتيجة التعرض للبروتونات. ^{[ 58 ]} وتدرس دراسةٌ أخرى تحديد "تأثيرات التعرض لإشعاع البروتونات على المؤشرات العصبية والكيميائية والسلوكية، بما في ذلك وظائف الدوبامين ، وتعلم النفور المشروط من الطعم الناتج عن الأمفيتامين ، والتعلم المكاني والذاكرة كما تم قياسها بواسطة متاهة موريس المائية" . ^{[ 59 ]} كما اقتُرح دراسة الشحن الكهربائي لمركبة فضائية نتيجة قصف البروتونات بين الكواكب. ^{[ 60 ]} وهناك العديد من الدراسات الأخرى المتعلقة برحلات الفضاء، بما في ذلك الأشعة الكونية المجرية وآثارها الصحية المحتملة ، والتعرض لأحداث البروتونات الشمسية .

أظهرت تجارب السفر الفضائي الأمريكية والسوفيتية Biorack مدى خطورة الضرر الجزيئي الذي تسببه الأيونات الثقيلة على الكائنات الحية الدقيقة بما في ذلك أكياس الأرتيميا . ^{[ 61 ]}

يفرض تناظر CPT قيودًا صارمة على الخصائص النسبية للجسيمات والجسيمات المضادة ، وبالتالي فهو قابل للاختبارات الدقيقة. على سبيل المثال، يجب أن يكون مجموع شحنات البروتون والبروتون المضاد مساويًا للصفر تمامًا. وقد تم اختبار هذه المساواة بدقة جزء واحد في المليون.10 ^8. وقد تم اختبار تساوي كتلهم بدقة أفضل من جزء واحد في10 ^8. من خلال احتجاز البروتونات المضادة في مصيدة بنينغ ، تم اختبار تساوي نسبة الشحنة إلى الكتلة للبروتونات والبروتونات المضادة بدقة تصل إلى جزء واحد في6 × 10 ^{9. [ 62} ] وُجد أن العزوم المغناطيسية المقاسة للبروتونات والبروتونات المضادة متساوية ومتعاكسة في حدود 0.8 ^جزء في المليون  . ^{[ 63 ]}

• بول، ريتشارد د. كانديدو، أليساندرو؛ كروز مارتينيز، خوان؛ فورتي، ستيفانو. جياني، توماسو؛ هيكورن، فيليكس؛ كوداشكين، كيريل؛ ماجني، جياكومو؛ روخو ، خوان (أغسطس 2022). “الدليل على الكواركات الساحرة الجوهرية في البروتون” . طبيعة . 608 (7923): 483– 487. أرخايف : 2208.08372 . بيب كود : 2022Natur.608..483N . دوى : 10.1038/s41586-022-04998-2 . ردمك 1476-4687 . بمك 9385499 . بميد 35978125 .   
• غاو، هـ.؛ فاندرهاغين، م. (21 يناير 2022). "نصف قطر شحنة البروتون" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 94 (1) 015002. arXiv : 2105.00571 . Bibcode : 2022RvMP...94a5002G . doi : 10.1103/RevModPhys.94.015002 . ISSN 0034-6861 . 

• الوسائط المتعلقة بالبروتونات على ويكيميديا ​​كومنز
• مجموعة بيانات الجسيمات في مختبر لورانس بيركلي الوطني
• مصادم الهادرونات الكبير
• إيفز، لورانس ؛ كوبلاند، إد؛ باديلا، أنطونيو (توني) (2010). "البروتون المتقلص" . ستون رمزًا . برادي هاران لجامعة نوتنغهام .
• مشروع تصوير البروتونات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا:
  • داخل البروتون، "أكثر شيء معقد يمكنك تخيله" ، مجلة كوانتا ، 19 أكتوبر 2022
  • تصور البروتون ، الفنون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، 2022