质子

质子用 p 或 p⁺ 表示，是一种带正电荷的亚原子粒子。它与中子共同构成原子的原子核；普通氢的原子核仅由一个质子组成。质子和中子统称为核子。质子并非基本粒子：它包含通过强相互作用彼此作用的夸克和胶子。原子核中的质子数决定了该原子属于哪一种化学元素。(energy.gov)

物理性质

质子的电荷为 +e，与电子的电荷大小相等、符号相反。在国际单位制中，元电荷的精确值为 1.602176634 × 10⁻¹⁹ 库仑。质子的静止质量约为 1.672621926 × 10⁻²⁷ 千克，或 1.007276467 统一原子质量单位。其静止能量约为 938.272 兆电子伏，质量约为电子的 1,836 倍。除元电荷的精确值外，这些数值均为带有不确定度的测量值。(tsapps.nist.gov)

质子的自旋角动量量子数为 ½，因此属于费米子。它还具有磁矩，使其量子态能够对外加磁场产生响应。质子不同于点状基本粒子，它具有空间上延展的内部结构。2022 年 CODATA 推荐值给出的质子均方根电荷半径为 0.84075 ± 0.00064 飞米，其中 1 飞米等于 10⁻¹⁵ 米。这一半径描述的是质子的电荷分布，而不是一个边界分明的实体表面。(goldbook.iupac.org)

夸克结构与质量的起源

在标准模型中，质子被归类为重子，即具有三个价夸克的一类复合粒子。质子的价夸克组成为两个上夸克和一个下夸克，通常写作 uud。每个上夸克的电荷为 +⅔e，下夸克的电荷为 −⅓e，因此总电荷为 +e。中子的相应组成为 udd。(energy.gov)

夸克之间通过强相互作用彼此作用，这种相互作用由胶子传递。描述它的基础理论是量子色动力学，简称 QCD。三个价夸克的描述确定了质子的净夸克组成，却未涵盖其全部结构：胶子以及海夸克—反夸克的贡献也至关重要。因此，将质子想象成三个由刚性连接件固定在一起的小物体并不准确。其内部结构需要用量子场以及各组分的动量分布来描述。(energy.gov)

上夸克和下夸克的质量仅占质子质量的一小部分。质子的大部分质量源于强相互作用下夸克场和胶子场的动力学。根据质量与能量的等价关系，这些场所具有的能量会对复合粒子的质量作出贡献。因此，质子质量的起源与简单相加其夸克通过和希格斯场相互作用而获得的质量有着显著区别。(arxiv.org)

原子和原子核中的质子

质子数称为原子序数，以 Z 表示，决定元素在元素周期表中的位置。氢有一个质子，碳有六个，氧有八个。同一元素的原子核可以含有不同数量的中子，这些原子属于该元素的不同同位素。质量数 A 是质子数与中子数之和，必须与实验测得的原子质量加以区分。(energy.gov)

质子的电荷也决定了原子核所带的正电荷，以及原子核对电子的电磁吸引力。在中性原子中，电子数与质子数相等；改变电子数会产生离子，但不会改变元素种类。改变质子数则会改变元素本身。这一区别将普通的化学电离与核转变区分开来。(home.web.cern.ch)

发现

欧内斯特·卢瑟福发现，用 α 粒子轰击氮时会释放出氢原子核。他于 1919 年发表的研究结果确立了氢原子核是较重原子核的组成部分这一事实。这一观察是认识核转变与物质组成的重要一步。(cds.cern.ch)

卢瑟福于 1920 年提出了“质子”（proton）这一名称。这一发现并未立即带来对原子核或质子结构的现代认识；这些认识依赖于后续的发现，包括中子的发现以及对核子夸克结构的认识。(cerncourier.com)

化学中的含义

在酸碱反应的化学语境中，“质子”通常指从酸转移给碱的氢阳离子。布朗斯特酸是能够提供这种粒子的化学物种。这一化学用法涉及分子物种之间的转移，而不是从较重的原子核中移除质子。(goldbook.iupac.org)

为采用不限定同位素的术语，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）用氢正离子（hydron）指称 H⁺。严格来说，裸质子是氢-1 的原子核；含有一个或两个中子的氢阳离子则分别是氘核或氚核。“氢正离子”这一统称不指定所涉及的氢同位素。(old.goldbook.iupac.org)

实验用途与稳定性

质子束是粒子物理学中的重要工具。欧洲核子研究组织的大型强子对撞机旨在加速质子及重离子，并使它们发生碰撞。这类碰撞在高能条件下探测物质，并产生各种粒子；这些粒子的性质可以通过探测器的测量结果重建。(home.web.cern.ch)

氢原子核的磁性也是大多数磁共振成像技术的基础。磁场和射频脉冲用于操控其量子态，而产生的信号则提供有关其分子环境的信息。在这一过程中，质子仍是样品分子的组成部分，并未被提取出来形成粒子束。(nibib.nih.gov)

实验表明，自由质子是稳定的。包括超级神冈实验在内的多项实验对假设中的质子衰变进行了搜寻，但尚未发现其存在的证据。这些实验为特定衰变通道的寿命设定了下限，并不能证明质子的寿命是无限的。(www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp)