Protonen har tre dele, to op kvarker og en ned kvark ... og de gluoner, som disse tre kvark udveksler, hvilket er, hvordan den stærke (nukleare) kraft fungerer for at forhindre dem i at komme ud.
Protonens verden er en totalt kvantet verden, og derfor beskrives den udelukkende med en håndfuld tal, der karakteriserer dens spin (et teknisk udtryk, som ikke må forveksles med det almindelige engelske ord; protonets spin er 1/2), elektrisk opladning (+1 e eller 1,602176487 (40) × 10-19 C), isospin (også 1/2) og paritet (+1). Disse egenskaber er afledt direkte fra protondelens egenskaber, de tre kvarker; for eksempel har op-kvarken en elektrisk ladning på +2/3 e og ned -1/3 e, som summerer til +1 e. Et andet eksempel, farveopladning: protonen har en farveopladning på nul, men hver af dens bestanddele tre kvarker har en ikke-nulfarveopladning - en er 'blå', en 'rød' og en 'grøn' - hvilken 'sum 'til nul (selvfølgelig har farveopladning intet at gøre med de farver, du og jeg ser med vores øjne!).
Murray Gell-Mann og George Zweig kom uafhængigt af tanken om, at protonens dele er kvarker i 1964 (skønt det først var flere år senere, at der blev opnået gode bevis for eksistensen af sådanne dele). Gell-Mann blev senere tildelt Nobelprisen for fysik for dette og andet arbejde med grundlæggende partikler (Zweig har endnu ikke modtaget en Nobel).
Kvanteteorien, der beskriver den stærke interaktion (eller den stærke nukleare kraft) er kvante-kromodynamik, QCD for kort (delvist opkaldt efter kvarkernes 'farver'), og dette forklarer, hvorfor protonen har den masse, den gør. Ser du, den op kvarksmasse er ca. 2,4 MeV (mega-elektron volt; partikelfysikere måler masse i MeV / c2), og nedenunder er ca. 4,8 MeV. Gluoner, ligesom fotoner, er masseløse, så protonen skal have en masse på ca. 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), ikke? Men det er faktisk 938 MeV! QCD tegner sig for denne enorme forskel med energien fra QCD-vakuumet inde i protonen; dybest set selvenergien i uophørlig interaktion mellem kvarker og gluoner.
Yderligere læsning: Physics of RHIC (Brookhaven National Lab), Hvordan holdes protoner og neutroner sammen i en kerne ?, og er protoner og neutroner grundlæggende? (Particle Adventure) er tre gode steder at gå!
Nogle af Space Magazine-artiklerne, der er relevante for protondele, er: Endelig detektor på plads i den store Hadron Collider, skjulte butikker af Deuterium opdaget i Mælkevejen, og ny undersøgelse finder, at grundlæggende kraft ikke har ændret sig over tid.
To Astronomy Cast-episoder, som du ikke vil gå glip af, på protondele: De stærke og svage kernekræfter og Inside Atom.
Kilder:
Chem4Kids
Wikipedia
