Protonen har tre deler, to opp kvarker og en ned kvark… og gluonene som disse tre kvarkene utveksler, og det er slik den sterke (kjernefysiske) kraften jobber for å forhindre at de kommer ut.
Protonens verden er en helt kvantet verden, og derfor beskrives den fullstendig av bare en håndfull tall, som karakteriserer spinnet (et teknisk begrep, for ikke å forveksle med det hverdagslige engelske ordet; protonets spinn er 1/2), elektrisk ladning (+1 e, eller 1,602176487 (40) × 10-19 C), isospin (også 1/2) og paritet (+1). Disse egenskapene er avledet direkte fra de til protondelene, de tre kvarkene; for eksempel har oppkvarken en elektrisk ladning på +2/3 e, og ned -1/3 e, som utgjør +1 e. Et annet eksempel, fargeladning: protonen har en fargeladning på null, men hver av dens bestanddeler tre kvarker har en ikke-nullfargeladning - en er 'blå', en 'rød' og en 'grønn' - hvilken 'sum 'til null (selvfølgelig har fargelading ingenting å gjøre med fargene du og jeg ser med øynene våre!).
Murray Gell-Mann og George Zweig kom uavhengig av ideen om at protonens deler er kvarker, i 1964 (selv om det ikke var før flere år senere at det ble oppnådd gode bevis for eksistensen av slike deler). Gell-Mann ble senere tildelt Nobelprisen for fysikk for dette, og annet arbeid med grunnleggende partikler (Zweig har ennå ikke mottatt en Nobel).
Kvanteteorien som beskriver den sterke interaksjonen (eller den sterke kjernekraften) er kvante kromodynamikk, QCD for kort (delvis oppkalt etter 'fargene' på kvarkene), og dette forklarer hvorfor protonet har den massen den gjør. Du forstår, oppkvarkets masse er omtrent 2,4 MeV (mega-elektron volt; partikkelfysikere måler masse i MeV / c2), og nedgangen er på omtrent 4,8 MeV. Gluoner, som fotoner, er masseløse, så protonet bør ha en masse på omtrent 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), ikke sant? Men det er faktisk 938 MeV! QCD står for denne enorme forskjellen med energien fra QCD-vakuumet inne i protonet; i utgangspunktet egenenergien til uopphørlige interaksjoner mellom kvarker og gluoner.
Videre lesing: Fysikken til RHIC (Brookhaven National Lab), Hvordan holdes protonene og nøytronene sammen i en kjerne ?, og er protoner og nøytroner grunnleggende? (Particle Adventure) er tre gode steder å dra!
Noen av Space Magazine-artiklene som er relevante for protondeler, er: Endelig detektor på plass i Large Hadron Collider, Hidden Stores of Deuterium Oppdaget i Melkeveien, og New Study Finds Fundamental Force har ikke endret seg over tid.
To Astronomy Cast-episoder du ikke vil gå glipp av, på protondeler: The Strong and Weak Nuclear Forces, and Inside Atom.
kilder:
Chem4Kids
Wikipedia
