Το πρωτόνιο έχει τρία μέρη, δύο πάνω κουάρκ και ένα κάτω κουάρκ… και τα γλουόνια που ανταλλάσσουν αυτά τα τρία κουάρκ, με τον οποίο λειτουργεί η ισχυρή (πυρηνική) δύναμη για να τους αποτρέψει να βγουν.
Ο κόσμος του πρωτονίου είναι εντελώς κβαντικός, και έτσι περιγράφεται εξ ολοκλήρου από μια χούφτα αριθμών, που χαρακτηρίζει την περιστροφή του (ένας τεχνικός όρος, για να μην συγχέεται με την καθημερινή αγγλική λέξη. Το σπιν του πρωτονίου είναι 1/2), ηλεκτρικό χρέωση (+1 e ή 1,602176487 (40) × 10-19 C), ισόσπινη (επίσης 1/2) και ισοτιμία (+1). Αυτές οι ιδιότητες προέρχονται απευθείας από αυτές των τμημάτων πρωτονίων, τα τρία κουάρκ. Για παράδειγμα, το πάνω κουάρκ έχει ηλεκτρικό φορτίο +2/3 e, και το κάτω -1/3 e, το οποίο ανέρχεται σε +1 e. Ένα άλλο παράδειγμα, φόρτιση χρώματος: το πρωτόνιο έχει χρωματική φόρτιση μηδέν, αλλά καθένα από τα συστατικά του τρία κουάρκ έχει μη μηδενική φόρτιση χρώματος - το ένα είναι "μπλε", ένα "κόκκινο" και ένα "πράσινο" - το οποίο "αθροίζει" «στο μηδέν (φυσικά, η φόρτιση χρώματος δεν έχει καμία σχέση με τα χρώματα που βλέπουμε και βλέπουμε με τα μάτια μας!).
Ο Murray Gell-Mann και ο George Zweig βρήκαν ανεξάρτητα την ιδέα ότι τα μέρη του πρωτονίου είναι κουάρκ, το 1964 (αν και μόλις μερικά χρόνια αργότερα αποκτήθηκαν καλές ενδείξεις για την ύπαρξη τέτοιων ανταλλακτικών). Ο Gell-Mann αργότερα απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για αυτό και άλλες εργασίες για θεμελιώδη σωματίδια (το Zweig δεν έχει λάβει ακόμη Νόμπελ).
Η κβαντική θεωρία που περιγράφει την ισχυρή αλληλεπίδραση (ή ισχυρή πυρηνική δύναμη) είναι η κβαντική χρωμοδυναμική, QCD για συντομία (ονομάζεται εν μέρει μετά τα «χρώματα» των κουάρκ) και αυτό εξηγεί γιατί το πρωτόνιο έχει τη μάζα που κάνει. Βλέπετε, η μάζα του άνω κουάρκ είναι περίπου 2,4 MeV (mega-electron volt, οι φυσικοί σωματιδίων μετρούν τη μάζα σε MeV / c2) και το down είναι περίπου 4,8 MeV. Τα γλουόνια, όπως τα φωτόνια, είναι μαζικά, οπότε το πρωτόνιο πρέπει να έχει μάζα περίπου 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), σωστά; Αλλά στην πραγματικότητα είναι 938 MeV! Το QCD εξηγεί αυτήν την τεράστια διαφορά από την ενέργεια του κενού QCD μέσα στο πρωτόνιο. βασικά, η αυτο-ενέργεια ατελείωτων αλληλεπιδράσεων κουάρκ και γλουόνων.
Περαιτέρω ανάγνωση: Η Φυσική του RHIC (Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven), Πώς συγκρατούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια σε έναν πυρήνα; (The Particle Adventure) είναι τρία καλά μέρη για να πάτε!
Μερικά από τα άρθρα του Space Magazine που σχετίζονται με τα μέρη πρωτονίων είναι: Τελικός ανιχνευτής στη θέση του στο μεγάλο Collider Hadron, κρυμμένα καταστήματα δευτερίου που ανακαλύφθηκαν με τον Γαλαξία και Νέα μελέτη διαπιστώνει ότι η θεμελιώδης δύναμη δεν άλλαξε με την πάροδο του χρόνου.
Δύο επεισόδια Cast Astronomy που δεν θα θέλατε να χάσετε, σε μέρη πρωτονίων: Οι Ισχυρές και Αδύναμες Πυρηνικές Δυνάμεις και το Inside the Atom.
Πηγές:
Chem4Kids
Βικιπαίδεια
