μυστικά πρωτονίων. Η ηλικία και το μέγεθος δεν είναι ακόμη γνωστά
Είναι γνωστό ότι ένα πρωτόνιο περιέχει τρία κουάρκ. Στην πραγματικότητα, η δομή του είναι πιο περίπλοκη (1) και η προσθήκη γκλουονίων για τη σύνδεση των κουάρκ μεταξύ τους δεν είναι το τέλος της υπόθεσης. Το πρωτόνιο θεωρείται μια πραγματική θάλασσα από κουάρκ και αντι-κουάρκ που έρχονται και φεύγουν, κάτι που είναι περίεργο για ένα τόσο σταθερό σωματίδιο ύλης.
Μέχρι πρόσφατα, ακόμη και το ακριβές μέγεθος του πρωτονίου ήταν άγνωστο. Για πολύ καιρό, οι φυσικοί είχαν μια τιμή 0,877. femtometer (fm, όπου φεμτόμετρο ισούται με 100 πεμπτουσιοστό μέτρα). Το 2010, μια διεθνής ομάδα πραγματοποίησε ένα νέο πείραμα στο Ινστιτούτο Paul Scherrer στην Ελβετία και έλαβε μια ελαφρώς χαμηλότερη τιμή 0,84 fm. Το 2017, Γερμανοί φυσικοί, βάσει των μετρήσεών τους, υπολόγισαν την ακτίνα πρωτονίου σε 0,83 fm και, όπως αναμενόταν με την ακρίβεια του σφάλματος μέτρησης, θα αντιστοιχούσε στην τιμή των 0,84 fm, που υπολογίστηκε το 2010 με βάση το εξωτικό «μυονικό ακτινοβολία υδρογόνου».
Δύο χρόνια αργότερα, μια άλλη ομάδα επιστημόνων που εργάζονται στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ουκρανία, τη Ρωσία και την Αρμενία, σχηματίζοντας την ομάδα PRad στο Jefferson Laboratory στη Βιρτζίνια, επανέλεξαν τις μετρήσεις χρησιμοποιώντας νέο πείραμα για τη σκέδαση πρωτονίων-ηλεκτρονίων. Οι επιστήμονες πήραν το αποτέλεσμα - 0,831 femtometers. Οι συγγραφείς του εγγράφου Nature σχετικά με αυτό δεν πιστεύουν ότι το πρόβλημα έχει λυθεί πλήρως. Αυτή είναι η γνώση μας για το σωματίδιο, που είναι η «βάση» της ύλης.
Σίγουρα το λέμε πρωτόνιο - ένα σταθερό υποατομικό σωματίδιο από την ομάδα των βαρυονίων με φορτίο +1 και μάζα ηρεμίας περίπου 1 μονάδα. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι νουκλεόνια, στοιχεία των ατομικών πυρήνων. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός δεδομένου ατόμου είναι ίσος με τον ατομικό του αριθμό, ο οποίος αποτελεί τη βάση για την ταξινόμηση των στοιχείων στον περιοδικό πίνακα. Αποτελούν το κύριο συστατικό των πρωτογενών κοσμικών ακτίνων. Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο, ένα πρωτόνιο είναι ένα σύνθετο σωματίδιο που ταξινομείται ως αδρόνιο, ή ακριβέστερα, βαρυόνιο. αποτελείται από τρία κουάρκ – δύο πάνω «u» και ένα προς τα κάτω «d» κουάρκ δεσμευμένα από την ισχυρή αλληλεπίδραση που μεταδίδεται από τα γκλουόνια.
Σύμφωνα με τα τελευταία πειραματικά αποτελέσματα, εάν ένα πρωτόνιο διασπαστεί, η μέση διάρκεια ζωής αυτού του σωματιδίου υπερβαίνει τα 2,1 1029 χρόνια. Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο, το πρωτόνιο, ως το ελαφρύτερο βαρυόνιο, δεν μπορεί να διασπαστεί αυθόρμητα. Μη δοκιμασμένες μεγάλες ενοποιημένες θεωρίες συνήθως προβλέπουν τη διάσπαση των πρωτονίων με διάρκεια ζωής τουλάχιστον 1 × 1036 χρόνια. Το πρωτόνιο μπορεί να μετασχηματιστεί, για παράδειγμα, μέσω της διαδικασίας σύλληψης ηλεκτρονίων. Αυτή η διαδικασία δεν συμβαίνει αυθόρμητα, αλλά μόνο ως αποτέλεσμα παρέχουν επιπλέον ενέργεια. Αυτή η διαδικασία είναι αναστρέψιμη. Για παράδειγμα, όταν χωρίζετε βήτα νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο. Τα ελεύθερα νετρόνια διασπώνται αυθόρμητα (διάρκεια ζωής περίπου 15 λεπτά), σχηματίζοντας ένα πρωτόνιο.
Πρόσφατα, πειράματα έδειξαν ότι τα πρωτόνια και οι γείτονές τους βρίσκονται μέσα στον πυρήνα ενός ατόμου. των νετρονίων φαίνονται πολύ μεγαλύτερα από όσο θα έπρεπε. Οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει δύο ανταγωνιστικές θεωρίες για να προσπαθήσουν να εξηγήσουν το φαινόμενο, και οι υποστηρικτές της καθεμίας πιστεύουν ότι η άλλη είναι λάθος. Για κάποιο λόγο, τα πρωτόνια και τα νετρόνια μέσα στους βαρείς πυρήνες συμπεριφέρονται σαν να ήταν πολύ μεγαλύτερα από ό,τι όταν ήταν έξω από τον πυρήνα. Οι επιστήμονες αποκαλούν αυτό το φαινόμενο EMC από την European Muon Collaboration, την ομάδα που το ανακάλυψε κατά λάθος. Πρόκειται για παραβίαση των υφιστάμενων.
Οι ερευνητές υποθέτουν ότι τα κουάρκ που αποτελούν τα νουκλεόνια αλληλεπιδρούν με άλλα κουάρκ από άλλα πρωτόνια και νετρόνια, καταστρέφοντας τα τοιχώματα που χωρίζουν τα σωματίδια. Κουάρκ που σχηματίζουν ένα πρωτόνιο i κουάρκ σχηματίζοντας ένα άλλο πρωτόνιο, αρχίζουν να καταλαμβάνουν την ίδια θέση. Αυτό αναγκάζει τα πρωτόνια (ή τα νετρόνια) να τεντώνονται και να θολώνουν. Αναπτύσσονται πολύ, αν και σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Ωστόσο, δεν συμφωνούν όλοι οι φυσικοί με αυτή την περιγραφή του φαινομένου. Φαίνεται λοιπόν ότι η κοινωνική ζωή ενός πρωτονίου στον ατομικό πυρήνα δεν είναι λιγότερο μυστηριώδης από την ηλικία και το μέγεθός του.
