El Protón

El protón es una partícula subatómica de carga positiva que está presente en el núcleo atómico. Antes se creía que era una partícula elemental, pero hoy sabemos que en realidad tiene una estructura formada por dos quarks arriba y un quark abajo. Además, el protón es una partícula muy estable, de hecho, es el barión más estable de todos. Pues estos tienen una vida media muy corta, mientras que para el protón se estima una vida media de 10^35 años. Otra de las propiedades intrínsecas del protón es que posee espín 1/2. Se pensaba que esto se debía a su composición, pues los quarks también tienen espín 1/2, y siguiendo el principio de exclusión de Pauli, los espines de los quarks arriba deberían ser antiparalelos, cancelándose entre ellos, dejando como resultante un espín 1/2 del quark abajo. Pero hoy  en día se sabe que el mecanismo del espín es mucho más complejo que eso, pues no solo hay 3 quarks componiendo la estructura, sino un campo de gluones que median la interacción fuerte.

Para más información sobre el espín de protón puedes ir aquí.

Historia del protón
El descubrimiento del protón fue uno de los más grandes trabajos de la ciencia del siglo XX llevado a cabo por Ernest Rutherford con una serie de experimentos a los que se les ha llamado "dispersión de Rutherford". Históricamente, Eugen Goldstein fue el primero en observar a los protones en tubos de rayos catódicos en 1886, pero su trabajo había pasado desapercibido en la comunidad científica. Curiosamente esos experimentos llevaron a J. J. Thompson al descubrimiento del electrón en 1896.

Hablando sobre el experimento de Rutherford, bombardeó con unas partículas cargadas positivamente, llamadas partículas alfa (hoy sabemos que estas partículas alfa corresponden a núcleos de Helio), una lamina de algún material  y observó como se desviaban de su trayectoria . Encontró que la mayoría de las partículas no se desviaban pero algunas se desviaban en ángulos muy grandes incluso algunas rebotaban completamente. Rutherford concluyó que las partículas se encontraban con algo muy pequeño, muy duro y muy pesado que se encontraba en el centro del átomo y que ocupaba una fracción de volumen muy pequeña comparada con el tamaño total del átomo. Entonces, el modelo atómico que propuso Rutherford consta de los ligeros electrones de carga negativa orbitando al pesado núcleo de carga positiva. Y para el núcleo de hidrógeno, que es el más ligero, se le dio el nombre de protón.

Pero hubo un problema. Se esperaba que el átomo siguiente más pesado, el helio, fuera dos veces más pesado, pues se suponía que el núcleo de este estaría constituido de dos núcleos de hidrógeno. Pero ocurrió que era cuatro veces más pesado. Y el litio, de tres electrones, era siete veces más pesado. Para resolver este problema, se teorizó una partícula que tuviera la misma masa (o casi la misma) que la del protón; el neutrón. Esto también resolvía el problema de los isótopos, que son átomos de un mismo elemento que presentan distintas masas atómicas, esto según la cantidad de neutrones en el núcleo. 

Descubrimiento de la estructura interna del protón

Para descubrir la estructura interna del protón se hicieron unos experimentos de dispersión, muy similares a los experimentos de Rutherford, pero a una escala menor de tamaño pero de energía mucho mayor, estos experimentos son llamados "disperción inelástica profunda".

El experimento consiste en disparar un electrón con una alta energía hacía un protón. El electrón interaccionará con el protón, le dejará una parte de su energía, y seguirá su trayectoria. Analizando esta trayectoria es posible determinar si el protón es una partícula elemental o es una partícula compuesta.

Los experimentos mostraron que ocurre lo segundo, y que había tres puntos de desvío. Y más aún, estos puntos de desvío se comportan como cargas puntuales. Esto sugiere que justamente el protón está compuesto por tres partículas puntuales. Los quarks, que ya habían sido teorizados por el modelo estándar.