Sekrety protonów. Wiek i rozmiar jeszcze nieznany
Powszechnie wiadomo, że proton składa się z trzech kwarków. W rzeczywistości jego budowa jest bardziej złożona (1), a dodanie gluonów w celu związania kwarków to nie koniec sprawy. Proton uważany jest za istne morze kwarków i antykwarków przychodzących i odchodzących, co jest dziwne jak na tak stabilną cząstkę materii.
Do niedawna nawet dokładny rozmiar protonu nie był znany. Przez długi czas fizycy mieli wartość 0,877. femtometr (fm, gdzie femtometr jest równy 100 kwintylionowych metrów). W 2010 roku międzynarodowy zespół przeprowadził nowy eksperyment w Instytucie Paula Scherrera w Szwajcarii i uzyskał nieco niższą wartość 0,84 fm. W 2017 roku niemieccy fizycy na podstawie swoich pomiarów obliczyli promień protonu na 0,83 fm i zgodnie z oczekiwaniami przy dokładności błędu pomiaru odpowiadałby on wartości 0,84 fm, obliczonej w 2010 roku na podstawie egzotycznej „mionowej promieniowanie wodorowe.”
Dwa lata później kolejna grupa naukowców pracujących w Stanach Zjednoczonych, Ukrainie, Rosji i Armenii, tworząca zespół PRad w Jefferson Laboratory w Wirginii, dwukrotnie sprawdziła pomiary za pomocą nowy eksperyment dotyczący rozpraszania protonów i elektronów. Naukowcy uzyskali wynik - 0,831 femtometra. Autorzy artykułu w Nature na ten temat nie wierzą, że problem został całkowicie rozwiązany. To jest nasza wiedza o cząstce, która jest „podstawą” materii.
Zdecydowanie tak mówimy proton - stabilna cząstka subatomowa z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej około 1 jednostki. Protony i neutrony to nukleony, elementy jąder atomowych. Liczba protonów w jądrze danego atomu jest równa jego liczbie atomowej, która stanowi podstawę uporządkowania pierwiastków w układzie okresowym. Są głównym składnikiem pierwotnych promieni kosmicznych. Według Modelu Standardowego proton jest złożoną cząstką sklasyfikowaną jako hadron, a dokładniej barion. składa się z trzech kwarków – dwa kwarki górny „u” i jeden dolny „d” związane oddziaływaniem silnym przenoszonym przez gluony.
Według najnowszych wyników eksperymentów, jeśli proton rozpada się, średni czas życia tej cząstki przekracza 2,1 1029 lat. Według Modelu Standardowego proton, jako najlżejszy barion, nie może rozpadać się samoistnie. Nieprzetestowane wielkie ujednolicone teorie zazwyczaj przewidują rozpad protonów przy czasie życia co najmniej 1 × 1036 lat. Proton można przekształcić na przykład w procesie wychwytu elektronu. Proces ten nie zachodzi samoistnie, lecz jedynie w wyniku zapewnić dodatkową energię. Proces ten jest odwracalny. Na przykład podczas rozstania beta-neutron zamienia się w proton. Swobodne neutrony rozpadają się samoistnie (czas życia około 15 minut), tworząc proton.
Niedawno eksperymenty wykazały, że protony i ich sąsiedzi znajdują się wewnątrz jądra atomu. neutronów wydają się znacznie większe, niż powinny. Fizycy stworzyli dwie konkurencyjne teorie, próbując wyjaśnić to zjawisko, a zwolennicy każdej z nich uważają, że druga jest błędna. Z jakiegoś powodu protony i neutrony wewnątrz ciężkich jąder zachowują się tak, jakby były znacznie większe niż wtedy, gdy znajdowały się na zewnątrz jądra. Naukowcy nazywają to efektem EMC w ramach European Muon Collaboration, grupy, która przypadkowo go odkryła. Jest to naruszenie istniejących.
Naukowcy wysuwają hipotezę, że kwarki tworzące nukleony oddziałują z innymi kwarkami z innych protonów i neutronów, niszcząc ściany oddzielające cząstki. Kwarki tworzące jeden proton i kwarki tworząc kolejny proton, zaczynają zajmować to samo miejsce. Powoduje to rozciąganie i rozmycie protonów (lub neutronów). Rosną bardzo obficie, choć w bardzo krótkim czasie. Jednak nie wszyscy fizycy zgadzają się z takim opisem zjawiska. Wydaje się więc, że życie społeczne protonu w jądrze atomowym jest nie mniej tajemnicze niż jego wiek i wielkość.
