Proton składa się z trzech części, dwóch kwarków górnych i jednego kwarku dolnego… oraz gluonów, które te trzy kwarki wymieniają, i tak działa siła (nuklearna), aby powstrzymać je przed wydostaniem się.
Świat protonów jest światem całkowicie kwantowym, a więc jest opisany wyłącznie garstką liczb, charakteryzujących jego spin (termin techniczny, nie mylić z codziennym angielskim słowem; spin protonu to 1/2), elektryczny opłata (+1 e lub 1,602176487 (40) × 10-19 C), izospin (również 1/2) i parzystość (+1). Te właściwości pochodzą bezpośrednio od właściwości części protonowych, trzech kwarków; na przykład kwark górny ma ładunek elektryczny +2/3 e, a dół -1/3 e, co daje +1 e. Kolejny przykład, ładunek koloru: proton ma ładunek koloru równy zero, ale każdy z jego trzech składowych kwarków ma niezerowy ładunek koloru - jeden to „niebieski”, jeden „czerwony”, a drugi „zielony” - co „suma” „do zera (oczywiście ładunek koloru nie ma nic wspólnego z kolorami, które widzimy naszymi oczami!).
Murray Gell-Mann i George Zweig niezależnie wpadli na pomysł, że części protonu są kwarkami w 1964 r. (Jednak dopiero kilka lat później uzyskano dobre dowody na istnienie takich części). Gell-Mann otrzymał później Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za to i inne prace nad cząsteczkami podstawowymi (Zweig jeszcze nie otrzymał Nobla).
Teorią kwantową opisującą silne oddziaływanie (lub silną siłę jądrową) jest kwantowa chromodynamika, w skrócie QCD (nazwana częściowo po „kolorach” kwarków), a to wyjaśnia, dlaczego proton ma masę, którą ma. Widzisz, masa kwarka górnego wynosi około 2,4 MeV (wolty megaelektronowe; fizycy cząstek mierzą masę w MeV / c2), a spadek wynosi około 4,8 MeV. Gluony, podobnie jak fotony, są bezmasowe, więc proton powinien mieć masę około 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), prawda? Ale tak naprawdę jest to 938 MeV! QCD tłumaczy tę ogromną różnicę energią próżni QCD wewnątrz protonu; w zasadzie energia własna nieustannych interakcji kwarków i gluonów.
Dalsza lektura: Fizyka RHIC (Brookhaven National Lab), W jaki sposób protony i neutrony są trzymane razem w jądrze? Czy protony i neutrony są fundamentalne? (Particle Adventure) to trzy dobre miejsca do odwiedzenia!
Niektóre artykuły czasopisma Space Magazine dotyczące części protonowych to: Detektor końcowy na miejscu w dużym zderzaczu hadronów, Ukryte magazyny deuteru odkryte w Drodze Mlecznej oraz Nowe badanie stwierdza, że fundamentalna siła nie uległa zmianie w czasie.
Dwa odcinki Astronomy Cast, których nie chcesz przegapić, w częściach protonowych: Silne i słabe siły nuklearne oraz Inside the Atom.
Źródła:
Chem4Kids
Wikipedia
