Prootonil on kolm osa, kaks kvarki üles ja üks allapoole kvark… ning glüloonid, mida need kolm kvarki omavahel vahetavad, mismoodi tugev (tuumajõud) töötab, et hoida neid välja.
Prootoni maailm on täiesti kvantne ja seetõttu kirjeldab seda täielikult vaid käputäis numbreid, iseloomustades selle spinni (tehniline termin, mitte segi ajada igapäevase ingliskeelse sõnaga; prootonite spinn on 1/2), elektriline laadimine (+1 e või 1,602176487 (40) × 10-19 C), isospin (ka 1/2) ja pariteet (+1). Need omadused tuletatakse otse prootoni osade, kolme kvargi, omadustest; näiteks üles-kvarki elektrilaeng on +2/3 e ja allapoole -1/3 e, mille summa on +1 e. Veel üks näide, värvilaeng: prootonil on värvilaeng null, kuid kõigil kolmel selle moodustaval kvarkil on nullist erinev laeng - üks on 'sinine', üks 'punane' ja üks 'roheline', mis 'kokku 'nullini (muidugi pole värvilaengul midagi pistmist värvidega, mida teie ja mina näeme meie silmaga!).
Murray Gell-Mann ja George Zweig tulid 1964. aastal iseseisvalt välja idee, et prootoni osad on kvargid (ehkki alles mitu aastat hiljem saadi häid tõendeid selliste osade olemasolu kohta). Gell-Mannile anti hiljem selle ja muude fundamentaalosakestega seotud tööde eest Nobeli füüsikapreemia (Zweigil pole veel Nobeli).
Tugevat vastastikmõju (või tugevat tuumajõudu) kirjeldav kvantteooria on kvantkromodünaamika, lühidalt QCD (nimetatud osaliselt kvarkide „värvide” järgi), ja see seletab, miks prootonil on mass, mida ta teeb. Kvargi ülesmass on umbes 2,4 MeV (megaelektronvoltid; osakeste füüsikud mõõdavad massi MeV / c2) ja allavoolu väärtus on umbes 4,8 MeV. Gluonid, nagu ka footonid, ei ole massilised, nii et prootonite mass peaks olema umbes 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), eks? Kuid tegelikult on see 938 MeV! QCD moodustab selle tohutu erinevuse prootoni sees oleva QCD vaakumi energia järgi; põhimõtteliselt kvarkide ja gluoonide lakkamatu interaktsiooni eneseenergia.
Lisateave: RHIC füüsika (Brookhaven National Lab), Kuidas prootonid ja neutronid tuumas koos püsivad ning kas prootonid ja neutronid on põhilised? (osakeste seiklus) on kolm head kohta, kuhu minna!
Mõned kosmoseajakirja artiklid, mis puudutavad prootoni osi, on järgmised: Lõplik detektor paigas suure Hadroni kokkupõrkel, Linnuteel avastatud deuteeriumi varjatud varud ja uus uuring leiab, et põhijõud pole aja jooksul muutunud.
Kaks astronoomialavastuse episoodi, millest te ei tahaks puududa, prootonosadel: Tugevad ja nõrgad tuumajõud ning Aatomis.
Allikad:
Chem4Kids
Vikipeedia
