proton geheimen. Leeftijd en maat nog niet bekend

Het is bekend dat er drie quarks in een proton zitten. In feite is de structuur gecompliceerder (1), en de toevoeging van gluonen die quarks aan elkaar binden, is niet het einde van de zaak. Het proton wordt beschouwd als een ware zee van quarks en antiquarks die komen en gaan, wat vreemd is voor zo'n stabiel materiedeeltje.

Tot voor kort was zelfs de exacte grootte van het proton onbekend. Natuurkundigen hadden lange tijd een waarde van 0,877. femtometer (fm, waarbij de femtometer gelijk is aan 100 triljoen meter). In 2010 voerde een internationaal team een ​​nieuw experiment uit aan het Paul Scherrer Instituut in Zwitserland en kwam uit op een iets lagere waarde van 0,84 fm. In 2017 berekenden Duitse natuurkundigen op basis van hun metingen een protonstraal van 0,83 fm en, zoals verwacht met de nauwkeurigheid van de meetfout, zou dit overeenkomen met de waarde van 0,84 fm berekend in 2010 op basis van de exotische "muonische waterstofstraling". ."

Twee jaar later controleerde een andere groep wetenschappers die in de VS, Oekraïne, Rusland en Armenië werkten en die het PRad-team vormden in het Jefferson Lab in Virginia, de metingen met nieuw experiment over de verstrooiing van protonen op elektronen. De wetenschappers kregen het resultaat - 0,831 femtometers. De auteurs van het Nature-artikel hierover geloven niet dat het probleem volledig is opgelost. Dit is onze kennis van het deeltje, dat de "basis" van de materie is.

Dat zeggen we duidelijk proton - een stabiel subatomair deeltje uit de groep baryonen met een lading van +1 en een rustmassa van ongeveer 1 eenheid. Protonen en neutronen zijn nucleonen, elementen van atoomkernen. Het aantal protonen in de kern van een bepaald atoom is gelijk aan het atoomnummer, dat de basis vormt voor het ordenen van de elementen in het periodiek systeem. Ze zijn het hoofdbestanddeel van primaire kosmische straling. Volgens het standaardmodel is het proton een complex deeltje dat geclassificeerd is als hadronen, of beter gezegd, baryonen. bestaat uit drie quarks – twee up “u” en één down “d” quarks gebonden door de sterke interactie overgedragen door gluonen.

Volgens de laatste experimentele resultaten, als een proton vervalt, is de gemiddelde levensduur van dit deeltje langer dan 2,1 · 1029 jaar. Volgens het Standaardmodel kan het proton, als lichtste baryon, niet spontaan vervallen. Ongeteste grote verenigde theorieën voorspellen gewoonlijk het verval van het proton met een levensduur van ten minste 1 x 1036 jaar. Het proton kan bijvoorbeeld worden omgezet in het proces van elektronenvangst. Dit proces vindt niet spontaan plaats, maar alleen als gevolg van zorgen voor extra energie. Dit proces is omkeerbaar. Bijvoorbeeld bij het afscheid nemen beta neutron verandert in een proton. Vrije neutronen vervallen spontaan (levensduur ongeveer 15 minuten) en vormen een proton.

Onlangs hebben experimenten aangetoond dat protonen en hun buren zich in de kern van een atoom bevinden. neutronen lijken veel groter dan ze zouden moeten zijn. Natuurkundigen hebben twee concurrerende theorieën bedacht om dit fenomeen te verklaren, en voorstanders van elk geloven dat de ander ongelijk heeft. Om de een of andere reden gedragen protonen en neutronen in zware kernen zich alsof ze veel groter waren dan wanneer ze zich buiten de kern bevonden. Wetenschappers noemen het het EMC-effect van de European Muon Collaboration, de groep die het per ongeluk ontdekte. Dit is een schending van de bestaande.

De onderzoekers suggereren dat de quarks die deel uitmaken van nucleonen interageren met andere quarks van andere protonen en neutronen, waardoor de wanden die de deeltjes scheiden worden vernietigd. Quarks die één vormen proton i quarks een ander proton vormend, beginnen ze dezelfde plaats in te nemen. Dit zorgt ervoor dat protonen (of neutronen) uitrekken en vervagen. Ze groeien zeer sterk, zij het in zeer korte tijd. Niet alle natuurkundigen zijn het echter eens met deze beschrijving van het fenomeen. Het lijkt er dus op dat het sociale leven van een proton in een atoomkern niet minder mysterieus is dan zijn leeftijd en grootte.