Protonen har tre delar, två upp kvarkar och en ner kvark ... och de gluoner som dessa tre kvarkar utbyter, vilket är hur den starka (kärnkraft) kraften fungerar för att hindra dem från att komma ut.
Protonens värld är en helt kvantisk värld, och så beskrivs den helt och hållet med bara en handfull siffror, som karakteriserar dess snurr (en teknisk term, inte att förväxla med det vardagliga engelska ordet; protonets rotation är 1/2), elektrisk laddning (+1 e, eller 1,602176487 (40) × 10-19 C), isospin (även 1/2) och paritet (+1). Dessa egenskaper härleds direkt från protondelarna, de tre kvarkarna; till exempel har uppkvarken en elektrisk laddning på +2/3 e och ned -1/3 e, som uppgår till +1 e. Ett annat exempel, färgladdning: protonen har en färgladdning på noll, men var och en av dess beståndsdelar tre kvarkar har en icke-noll färgladdning - en är "blå", en "röd" och en "grön" - vilken "summa" "till noll (naturligtvis har färgladdning ingenting att göra med de färger du och jag ser med våra ögon!).
Murray Gell-Mann och George Zweig kom självständigt på tanken att protonens delar är kvarkar, 1964 (även om det inte var förrän flera år senare att goda bevis för att sådana delar fanns). Gell-Mann tilldelades senare Nobelpriset för fysik för detta och annat arbete med grundläggande partiklar (Zweig har ännu inte fått Nobel).
Kvantteorin som beskriver den starka växelverkan (eller den starka kärnkraften) är kvantkromodynamik, QCD för kort (delvis uppkallad efter kvarkens 'färger'), och detta förklarar varför protonen har den massan den gör. Du förstår, uppkvarkens massa är ungefär 2,4 MeV (mega-elektron volt; partikelfysiker mäter massan i MeV / c2), och nedgången är cirka 4,8 MeV. Gluoner, som fotoner, är masslösa, så protonen bör ha en massa på cirka 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), eller hur? Men det är faktiskt 938 MeV! QCD står för denna enorma skillnad med energin från QCD-vakuumet inuti protonen; i grund och botten självkraften i oändliga interaktioner mellan kvarkar och gluoner.
Ytterligare läsning: Physics of RHIC (Brookhaven National Lab), hur hålls protonerna och neutronerna samman i en kärna? Och är protoner och neutroner grundläggande? (Particle Adventure) är tre bra ställen att åka till!
Några av Space Magazine-artiklarna som är relevanta för protondelar är: Slutdetektor på plats vid den stora Hadron Collideren, dolda butiker av Deuterium upptäckt i Vintergatan och ny studie finner att grundläggande kraft inte har förändrats över tid.
Två avsnitt av astronomi-cast som du inte vill missa, om protondelar: De starka och svaga kärnkraften och Inom Atom.
källor:
Chem4Kids
Wikipedia
