اسرار پروتون سن و اندازه هنوز مشخص نیست

به خوبی شناخته شده است که در یک پروتون سه کوارک وجود دارد. در واقع ساختار آن پیچیده‌تر است (1) و افزودن گلوئون‌هایی که کوارک‌ها را به هم متصل می‌کنند پایان کار نیست. پروتون دریایی واقعی از کوارک ها و آنتی کوارک ها در نظر گرفته می شود که می آیند و می روند، که برای چنین ذره پایدار ماده عجیب است.

تا همین اواخر، حتی اندازه دقیق پروتون ناشناخته بود. برای مدت طولانی، فیزیکدانان مقدار 0,877 داشتند. فمتو متر (fm که فمتومتر برابر با 100 کوئینتیلیون متر است). در سال 2010، یک تیم بین المللی آزمایش جدیدی را در مؤسسه پل شرر در سوئیس انجام داد و مقدار کمی کمتر از 0,84 fm بدست آورد. در سال 2017، فیزیکدانان آلمانی، بر اساس اندازه گیری های خود، شعاع پروتون 0,83 fm را محاسبه کردند و همانطور که انتظار می رفت با دقت خطای اندازه گیری، با مقدار 0,84 fm محاسبه شده در سال 2010 بر اساس "تابش هیدروژن مویونیک" عجیب و غریب مطابقت دارد. "

دو سال بعد، گروه دیگری از دانشمندان در ایالات متحده، اوکراین، روسیه و ارمنستان که تیم PRad را در آزمایشگاه جفرسون در ویرجینیا تشکیل دادند، اندازه‌گیری‌ها را با یکدیگر بررسی کردند. آزمایش جدید در مورد پراکندگی پروتون ها روی الکترون ها. دانشمندان نتیجه را به دست آوردند - 0,831 فمتومتر. نویسندگان مقاله نیچر در این مورد معتقد نیستند که این مشکل به طور کامل حل شده است. این دانش ما از ذره است که «اساس» ماده است.

ما به وضوح می گوییم پروتون - یک ذره زیراتمی پایدار از گروه باریون ها با بار 1+ و جرم سکون تقریباً 1 واحد. پروتون ها و نوترون ها نوکلئون ها، عناصر هسته اتم هستند. تعداد پروتون های هسته یک اتم برابر با عدد اتمی آن است که مبنایی برای ترتیب عناصر در جدول تناوبی است. آنها جزء اصلی پرتوهای کیهانی اولیه هستند. طبق مدل استاندارد، پروتون یک ذره پیچیده است که به عنوان هادرون، یا دقیق تر، باریون طبقه بندی می شود. از سه کوارک تشکیل شده است - دو کوارک بالا "u" و یک کوارک پایین "d" که توسط برهمکنش قوی منتقل شده توسط گلوئون ها محدود شده اند.

طبق آخرین نتایج تجربی، اگر یک پروتون تجزیه شود، میانگین عمر این ذره از 2,1 · 1029 سال بیشتر می شود. طبق مدل استاندارد، پروتون به عنوان سبک ترین باریون، نمی تواند خود به خود تجزیه شود. نظریه های یکپارچه بزرگ آزمایش نشده معمولاً فروپاشی پروتون را با طول عمر حداقل 1×1036 سال پیش بینی می کنند. به عنوان مثال، پروتون را می توان در فرآیند جذب الکترون تبدیل کرد. این فرآیند خود به خود اتفاق نمی افتد، بلکه فقط در نتیجه انرژی اضافی را فراهم کند. این فرآیند برگشت پذیر است. مثلا هنگام جدایی نوترون بتا به پروتون تبدیل می شود نوترون های آزاد به طور خود به خود تجزیه می شوند (طول عمر حدود 15 دقیقه) و یک پروتون تشکیل می دهند.

اخیراً آزمایش‌ها نشان داده است که پروتون‌ها و همسایگان آن‌ها در داخل هسته یک اتم قرار دارند. نوترون ها خیلی بزرگتر از آنچه باید باشند به نظر می رسند. فیزیکدانان در تلاش برای توضیح این پدیده دو نظریه رقیب ارائه کرده اند و طرفداران هر یک معتقدند که دیگری اشتباه است. به دلایلی، پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته‌های سنگین به‌گونه‌ای رفتار می‌کنند که گویی بسیار بزرگتر از زمانی هستند که خارج از هسته هستند. دانشمندان آن را اثر EMC از همکاری اروپایی میون می نامند، گروهی که به طور تصادفی آن را کشف کردند. این نقض موارد موجود است.

محققان پیشنهاد می‌کنند که کوارک‌هایی که نوکلئون‌ها را می‌سازند با کوارک‌های دیگر پروتون‌ها و نوترون‌ها برهمکنش می‌کنند و دیواره‌های جداکننده ذرات را از بین می‌برند. کوارک هایی که یکی را تشکیل می دهند پروتون i کوارک ها با تشکیل پروتون دیگری، آنها شروع به اشغال همان مکان می کنند. این باعث می شود که پروتون ها (یا نوترون ها) کشیده و تار شوند. آنها بسیار قوی رشد می کنند، البته در مدت زمان بسیار کوتاه. با این حال، همه فیزیکدانان با این توصیف از پدیده موافق نیستند. بنابراین به نظر می رسد که زندگی اجتماعی یک پروتون در هسته اتم کمتر از سن و اندازه آن مرموز نیست.