Protonissa on kolme osaa, kaksi ylöspäin kvarkkaa ja yksi alas kvarkki… ja gluonit, jotka nämä kolme kvarkkia vaihtavat, millä tavalla vahva (ydinvoima) toimii estämään niitä pääsemästä ulos.
Protonin maailma on täysin kvanttinen, ja siksi sitä kuvaa vain kourallinen numero, joka kuvaa sen spinää (tekninen termi, ei pidä sekoittaa jokapäiväiseen englanninkieliseen sanaan; protonin spin on 1/2), sähköinen varaus (+1 e tai 1,602176487 (40) × 10-19 C), isospin (myös 1/2) ja pariteetti (+1). Nämä ominaisuudet johdetaan suoraan protoniosien, kolmen kvarkin, ominaisuuksista; esimerkiksi ylöspäin kvarkin sähkövaraus on +2/3 e ja alaspäin -1/3 e, joka on +1 e. Toinen esimerkki, värivaraus: protonin värivaraus on nolla, mutta jokaisessa kolmen kvarkin aineosassa on nollaväri - yksi on 'sininen', yksi 'punainen' ja yksi 'vihreä', joka "summa" 'nollaan (värivarauksella ei tietenkään ole mitään tekemistä värien kanssa, jotka sinä ja minä näemme silmillämme!).
Murray Gell-Mann ja George Zweig kertoivat itsenäisesti ajatuksesta, että protonin osat ovat kvarkeja, vuonna 1964 (tosin vasta useita vuosia myöhemmin saatiin hyviä todisteita tällaisten osien olemassaolosta). Gell-Mann sai myöhemmin Nobelin fysiikan palkinnon tästä ja muusta perustavanlaatuisia hiukkasia koskevasta työstä (Zweigille ei ole vielä annettu Nobelia).
Vahvaa vuorovaikutusta (tai voimakasta ydinvoimaa) kuvaava kvanttiteoria on kvanttikromodynamiikka, lyhyt QCD (nimetty osittain kvarkkien 'väreistä'), ja tämä selittää miksi protonilla on massa, jota se tekee. Ylämäisen kvarkin massa on noin 2,4 MeV (megaelektroni volttia; hiukkasfyysikot mittaavat massan MeV / c2), ja alaspäin on noin 4,8 MeV. Gluonit, kuten fotonit, ovat massattomia, joten protonin massan tulisi olla noin 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), eikö niin? Mutta se on itse asiassa 938 MeV! QCD vastaa tästä valtavasta erosta protonin sisällä olevan QCD-tyhjiön energialla; pohjimmiltaan kvarkkien ja gluonien lakkaamattoman vuorovaikutuksen omaenergia.
Lisätietoja: RHIC: n fysiikka (Brookhaven National Lab), Kuinka protoneja ja neutroneja pidetään yhdessä ytimessä ja ovatko protonit ja neutronit perustavanlaatuisia? (Particle Adventure) ovat kolme hyvää paikkaa mennä!
Jotkut protoniosiin liittyvistä Space Magazine -artikkeleista ovat: Lopullinen ilmaisin paikallaan suuren hadronin kolarittimessa, Linnunradalla löydetyt piilotetut myymälät ja uusi tutkimus, jonka perusvoima ei ole muuttunut ajan kuluessa.
Kaksi Astronomy Cast -jaksoa, joista et halua missata, protoniosista: Vahvat ja heikot ydinvoimat ja Atomin sisällä.
Lähteet:
Chem4Kids
wikipedia
