核子（陽子と中性子）

性質と内部構造

核子はスピン1/2をもつフェルミ粒子で、3つの価電子クォークから構成される。陽子は通常、上クォーク2個と下クォーク1個（uud）からなり、中性子は上クォーク1個と下クォーク2個（udd）からなる。量子色力学で記述される強い相互作用が、クォークを核子の内部に閉じ込めている。陽子は正の電荷（+1の素電荷）をもち、中性子は電気的に中性である。各核子の質量はおおむね1原子質量単位の程度だが、原子核内で束縛されると有効質量や性質はわずかに変化しうる。

原子核内での役割

核子は、残留強い力（しばしば核力としてモデル化される）によって原子核の中で結びついている。この結合は核エネルギーを生み、核の安定性を左右し、同じ陽子数でも中性子数が異なる原子、すなわち同位体を生み出す。液滴模型や殻模型のようなモデルは、結合エネルギー、魔法数、そして核物理学で扱われる崩壊経路を説明するのに役立つ。

用途、例、重要性

• 核子は原子質量を決め、元素の化学的・物理的ふるまいに影響する。
• 核子の再配置を伴う核反応は、原子炉や恒星のエネルギー源になる（核分裂と核融合）。
• 応用例には、医療用同位体、放射性炭素年代測定、粒子加速器での基本相互作用の探究がある。

核子の理解は、応用技術だけでなく、物質がどのように組み立てられ、力が素粒子スケールでどのように働くかという基礎研究にとっても中心的である。散乱実験のような実験手法は、核子の形状因子や、電荷とスピンの内部分布を明らかにする。

簡単な歴史として、陽子は20世紀初頭に原子核の正の構成要素として確認され、中性子は1932年にジェームズ・チャドウィックによって中性の相棒として発見された。核子の内部構造を説明するクォーク模型は1960年代に登場し、現在も現代的な記述の基盤となっている。一方、他のバリオンやハドロンの存在は、核子が強い相互作用を受ける粒子群のより大きな家族の中に位置づけられることを示している。

核子は、構成と安定性の点で他のバリオン（ハイペロン）と異なり、ハドロンではあるが素粒子そのものではない。核子のふるまいに関する研究は、可視宇宙を結びつける物質と相互作用の理解をさらに洗練させ続けている。