סודות פרוטונים. גיל וגודל עדיין לא ידועים
ידוע היטב שיש שלושה קווארקים בפרוטון. למעשה, המבנה שלו יותר מסובך (1), ותוספת של גלוונים המחברים קווארקים זה לא סוף העניין. הפרוטון נחשב לים אמיתי של קווארקים ואנטי-קווארקים שבאים והולכים, וזה מוזר עבור חלקיק יציב כל כך של חומר.
עד לאחרונה, אפילו הגודל המדויק של הפרוטון לא היה ידוע. במשך זמן רב, לפיזיקאים היה ערך של 0,877. פמטומטר (fm, כאשר הפמטומטר שווה ל-100 קווינטיליון מטר). בשנת 2010, צוות בינלאומי ערך ניסוי חדש במכון פול שרר בשוויץ והגיע לערך מעט נמוך יותר של 0,84 fm. בשנת 2017, פיזיקאים גרמנים, על סמך המדידות שלהם, חישבו רדיוס פרוטון של 0,83 fm וכצפוי עם דיוק שגיאת המדידה, הוא יתאים לערך של 0,84 fm שחושב ב-2010 על בסיס "קרינת המימן המואונית האקזוטית ."
שנתיים לאחר מכן, קבוצה נוספת של מדענים שעבדו בארה"ב, אוקראינה, רוסיה וארמניה, שהקימה את צוות PRad במעבדת ג'פרסון בווירג'יניה, הצטלבה את המדידות עם ניסוי חדש על פיזור פרוטונים על אלקטרונים. המדענים השיגו את התוצאה - 0,831 פמטומטר. מחברי המאמר של Nature בנושא זה אינם מאמינים שהבעיה נפתרה לחלוטין. זהו הידע שלנו על החלקיק, שהוא ה"בסיס" של החומר.
אנחנו אומרים את זה בצורה ברורה פרוטון - חלקיק תת-אטומי יציב מקבוצת הבריון עם מטען של +1 ומסת מנוחה של כ-1 יחידה. פרוטונים וניוטרונים הם נוקלונים, יסודות של גרעיני אטום. מספר הפרוטונים בגרעין של אטום נתון שווה למספר האטומי שלו, שהוא הבסיס לסדר היסודות בטבלה המחזורית. הם המרכיב העיקרי של קרניים קוסמיות ראשוניות. לפי המודל הסטנדרטי, הפרוטון הוא חלקיק מורכב המסווג כהדרונים, או ליתר דיוק, באריונים. מורכב משלושה קווארקים - שני קווארקים למעלה "u" ואחד למטה "d" הקשורים לאינטראקציה החזקה המועברת על ידי גלוונים.
על פי תוצאות הניסוי האחרונות, אם פרוטון מתפרק, אזי אורך החיים הממוצע של חלקיק זה עולה על 2,1 · 1029 שנים. לפי המודל הסטנדרטי, הפרוטון, בתור הבריון הקל ביותר, אינו יכול להתפרק באופן ספונטני. תיאוריות מאוחדות גדולות שלא נבדקו בדרך כלל מנבאות את ריקבון הפרוטון עם אורך חיים של לפחות 1 x 1036 שנים. ניתן להמיר את הפרוטון, למשל, בתהליך לכידת אלקטרונים. תהליך זה אינו מתרחש באופן ספונטני, אלא רק כתוצאה מ לספק אנרגיה נוספת. תהליך זה הוא הפיך. למשל, בעת פרידה נויטרון בטא הופך לפרוטון. נויטרונים חופשיים מתפוררים באופן ספונטני (אורך חיים כ-15 דקות), ויוצרים פרוטון.
לאחרונה, ניסויים הראו כי פרוטונים ושכניהם נמצאים בתוך גרעין של אטום. נויטרונים נראה הרבה יותר גדול ממה שהם צריכים להיות. פיזיקאים העלו שתי תיאוריות מתחרות המנסות להסביר את התופעה הזו, ותומכי כל אחת מהן מאמינים שהשניה טועה. מסיבה כלשהי, פרוטונים וניוטרונים בתוך גרעינים כבדים מתנהגים כאילו היו הרבה יותר גדולים מאשר כשהם היו מחוץ לגרעין. מדענים קוראים לזה אפקט ה-EMC משיתוף הפעולה האירופי של מואון, הקבוצה שגילתה אותו בטעות. זו הפרה של הקיימים.
החוקרים מציעים שהקווארקים המרכיבים את הנוקלונים מקיימים אינטראקציה עם קווארקים אחרים של פרוטונים וניוטרונים אחרים, והורסים את הקירות המפרידים בין החלקיקים. קווארקים היוצרים אחד פרוטון i קווארקים יצירת פרוטון נוסף, הם מתחילים לתפוס את אותו מקום. זה גורם לפרוטונים (או נויטרונים) להימתח ולטשטש. הם גדלים חזק מאוד, אם כי בפרק זמן קצר מאוד. עם זאת, לא כל הפיזיקאים מסכימים עם תיאור זה של התופעה. אז נראה שהחיים החברתיים של פרוטון בגרעין אטום הם לא פחות מסתוריים מגילו וגודלו.
