protonové tajemství. Věk a velikost zatím neznámé

Je dobře známo, že v protonu jsou tři kvarky. Ve skutečnosti je jeho struktura složitější (1) a přidáním gluonů, které kvarky vážou k sobě, věc nekončí. Proton je považován za skutečné moře kvarků a antikvarků přicházejících a odcházejících, což je u tak stabilní částice hmoty zvláštní.

Donedávna nebyla známa ani přesná velikost protonu. Dlouho měli fyzici hodnotu 0,877. femtometr (fm, kde femtometr se rovná 100 kvintilionům metrů). V roce 2010 provedl mezinárodní tým nový experiment na Paul Scherrer Institute ve Švýcarsku a dostal o něco nižší hodnotu 0,84 fm. V roce 2017 němečtí fyzici na základě svých měření vypočítali poloměr protonu 0,83 fm a podle očekávání s přesností chyby měření by odpovídal hodnotě 0,84 fm vypočítané v roce 2010 na základě exotického „záření mionového vodíku ."

O dva roky později další skupina vědců pracujících v USA, na Ukrajině, v Rusku a Arménii, kteří vytvořili tým PRad v Jefferson Lab ve Virginii, provedla křížovou kontrolu měření s nový experiment o rozptylu protonů na elektronech. Vědci dostali výsledek - 0,831 femtometru. Autoři článku Nature na toto téma nevěří, že je problém zcela vyřešen. To je naše znalost částice, která je „základem“ hmoty.

To říkáme jasně proton - stabilní subatomární částice ze skupiny baryonů s nábojem +1 a klidovou hmotností přibližně 1 jednotka. Protony a neutrony jsou nukleony, prvky atomových jader. Počet protonů v jádře daného atomu je roven jeho atomovému číslu, které je základem pro uspořádání prvků v periodické tabulce. Jsou hlavní složkou primárního kosmického záření. Podle Standardního modelu je proton komplexní částice klasifikovaná jako hadrony, přesněji baryony. se skládá ze tří kvarků – dva up „u“ a jeden down „d“ kvarky vázané silnou interakcí přenášenou gluony.

Podle posledních experimentálních výsledků, pokud se proton rozpadne, pak průměrná životnost této částice přesahuje 2,1 · 1029 let. Podle Standardního modelu se proton jako nejlehčí baryon nemůže samovolně rozpadnout. Netestované velké unifikované teorie obvykle předpovídají rozpad protonu s dobou života nejméně 1 x 1036 let. Proton lze přeměnit například v procesu záchytu elektronů. Tento proces neprobíhá spontánně, ale pouze jako výsledek dodat extra energii. Tento proces je reverzibilní. Například při rozchodu beta neutron se změní na proton. Volné neutrony se spontánně rozpadají (životnost asi 15 minut) a tvoří proton.

Nedávno experimenty ukázaly, že protony a jejich sousedé jsou uvnitř jádra atomu. neutrony zdají být mnohem větší, než by měly být. Fyzici přišli se dvěma konkurenčními teoriemi, které se snaží tento jev vysvětlit, a zastánci každé věří, že ta druhá se mýlí. Z nějakého důvodu se protony a neutrony uvnitř těžkých jader chovají, jako by byly mnohem větší, než když byly mimo jádro. Vědci tomu říkají EMC efekt od European Mion Collaboration, skupiny, která jej náhodně objevila. To je porušení těch stávajících.

Vědci naznačují, že kvarky, které tvoří nukleony, interagují s jinými kvarky jiných protonů a neutronů a ničí stěny, které oddělují částice. Kvarky, které tvoří jeden proton i kvarky tvoří další proton, začnou obsazovat stejné místo. To způsobí, že se protony (nebo neutrony) roztahují a rozmazávají. Rostou velmi silně, i když ve velmi krátké době. Ne všichni fyzici však s tímto popisem jevu souhlasí. Zdá se tedy, že společenský život protonu v atomovém jádru není o nic méně záhadný než jeho stáří a velikost.