Het proton bestaat uit drie delen, twee up-quarks en één down-quark ... en de gluonen die deze drie quarks uitwisselen, en zo werkt de sterke (nucleaire) kracht om te voorkomen dat ze eruit komen.
De wereld van de protonen is een volkomen kwantumwereld en wordt daarom volledig beschreven door slechts een handvol getallen, die de spin ervan karakteriseren (een technische term, niet te verwarren met het alledaagse Engelse woord; de spin van de proton is 1/2), elektrisch kosten (+1 e of 1.602176487 (40) × 10-19 C), isospin (ook 1/2) en pariteit (+1). Deze eigenschappen zijn rechtstreeks afgeleid van die van de protondelen, de drie quarks; de opwaartse quark heeft bijvoorbeeld een elektrische lading van +2/3 e, en de neerwaartse -1/3 e, wat neerkomt op +1 e. Een ander voorbeeld, kleurlading: het proton heeft een kleurlading van nul, maar elk van zijn samenstellende drie quarks heeft een niet-nul kleurlading - één is 'blauw', één 'rood' en één 'groen' - wat 'optelt' 'tot nul (natuurlijk heeft kleurlading helemaal niets te maken met de kleuren die jij en ik met onze ogen zien!).
Murray Gell-Mann en George Zweig kwamen onafhankelijk van elkaar op het idee dat de onderdelen van het proton quarks zijn, in 1964 (hoewel het pas enkele jaren later was dat goed bewijs voor het bestaan van dergelijke onderdelen werd verkregen). Gell-Mann ontving later hiervoor de Nobelprijs voor de natuurkunde en ander werk over fundamentele deeltjes (Zweig heeft nog geen Nobelprijs ontvangen).
De kwantumtheorie die de sterke interactie (of sterke kernkracht) beschrijft, is kwantumchromodynamica, kortweg QCD (gedeeltelijk genoemd naar de 'kleuren' van quarks), en dit verklaart waarom het proton de massa heeft die het heeft. Zie je, de massa van de up-quark is ongeveer 2,4 MeV (mega-elektronenvolt; deeltjesfysici meten massa in MeV / c2), en de down is ongeveer 4.8 MeV. Gluonen zijn, net als fotonen, massaloos, dus het proton moet een massa hebben van ongeveer 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), toch? Maar het is in feite 938 MeV! QCD verklaart dit enorme verschil door de energie van het QCD-vacuüm in het proton; eigenlijk de zelf-energie van eindeloze interacties van quarks en gluonen.
Verder lezen: de fysica van RHIC (Brookhaven National Lab), hoe worden de protonen en neutronen bij elkaar gehouden in een kern? En zijn protonen en neutronen fundamenteel? (het deeltjesavontuur) zijn drie goede plaatsen om naartoe te gaan!
Enkele van de artikelen uit het Space Magazine die relevant zijn voor protononderdelen zijn: Final Detector in Place at the Large Hadron Collider, Hidden Stores of Deuterium Discovered in the Milky Way, and New Study Finds Fundamental Force Has Not’t Changed In Time.
Twee Astronomy Cast-afleveringen die je niet wilt missen, op protonenpartijen: The Strong and Weak Nuclear Forces en Inside the Atom.
Bronnen:
Chem4Kids
Wikipedia
