Протонные секреты. Возраст и размер пока неизвестны
Общеизвестно, что в протоне есть три кварка. На самом деле его структура сложнее (1), и добавление глюонов, связывающих кварки вместе, — это еще не конец дела. Протон считается настоящим морем возникающих и исчезающих кварков и антикварков, что странно для такой стабильной частицы материи.
До недавнего времени даже точный размер протона был неизвестен. Долгое время физики имели значение 0,877. фемтометр (фм, где фемтометр равен 100 квинтиллионным метрам). В 2010 году международная группа провела новый эксперимент в Институте Пауля Шеррера в Швейцарии и получила чуть меньшее значение — 0,84 фм. В 2017 году немецкие физики на основе своих измерений рассчитали радиус протона 0,83 фм и, как предполагалось с точностью погрешности измерения, он будет соответствовать значению 0,84 фм, рассчитанному в 2010 году на основе экзотики» мюонное водородное излучение.
Двумя годами позже другая группа ученых, работающих в США, Украине, России и Армении, сформировавшая команду PRad в лаборатории Джефферсона в Вирджинии, перепроверила результаты измерений с помощью новый эксперимент по рассеянию протонов на электронах. Ученые получили результат — 0,831 фемтометра. Авторы статьи об этом в Nature не считают, что проблема полностью решена. Это наше знание частицы, которая является «основой» материи.
Мы однозначно говорим, что протон — стабильная субатомная частица из группы барионов с зарядом +1 и массой покоя, равной примерно 1 ед. Протоны и нейтроны — нуклоны, элементы атомных ядер. Число протонов в ядре данного атома равно его порядковому номеру, который является основой для упорядочения элементов в периодической таблице. Они являются основным компонентом первичных космических лучей. Согласно Стандартной модели, протон — это сложная частица, классифицируемая как адроны, или, точнее, барионы. состоит из трех кварков — два верхних «u» и один нижний «d» кварков, связанных сильным взаимодействием, передаваемым глюонами.
Согласно последним экспериментальным результатам, если происходит распад протона, то среднее время жизни этой частицы превышает 2,1 · 1029 лет. Согласно Стандартной модели, протон, как самый легкий барион, не может самопроизвольно распадаться. Непроверенные теории великого объединения обычно предсказывают распад протона со временем жизни не менее 1 · 1036 лет. Протон может быть преобразован, например, в процессе электронного захвата. Этот процесс не происходит самопроизвольно, а только в результате обеспечить дополнительную энергию. Этот процесс обратим. Например, при расставании бета-нейтрон превращается в протон. Свободные нейтроны самопроизвольно распадаются (время жизни около 15 минут), образуя протон.
Недавно эксперименты показали, что протоны и их соседи находятся внутри ядра атома. нейтроны кажутся намного больше, чем должны быть. Физики создали две конкурирующие теории, пытающиеся объяснить это явление, и сторонники каждой уверены, что другая неверна. По какой-то причине протоны и нейтроны внутри тяжелых ядер ведут себя так, как если бы они были намного больше, чем когда они были вне ядра. Ученые называют это эффектом ЭМС от European Muon Collaboration, группы, случайно обнаружившей его. Это нарушение существующих.
Исследователи предполагают, что кварки, составляющие нуклоны, взаимодействуют с другими кварками других протонов и нейтронов, разрушая стенки, разделяющие частицы. Кварки, образующие один протон i кварки образуя другой протон, начинают занимать то же место. Это заставляет протоны (или нейтроны) растягиваться и размываться. Они очень сильно растут, хотя и за очень короткий промежуток времени. Однако не все физики согласны с таким описанием явления. Так что кажется, что социальная жизнь протона в атомном ядре не менее загадочна, чем его возраст и размер.
