segreti dei protoni. Età e taglia non ancora note

È noto che in un protone ci sono tre quark. In effetti, la sua struttura è più complicata (1) e l'aggiunta di gluoni che legano insieme i quark non è la fine della questione. Il protone è considerato un vero e proprio mare di quark e antiquark che vanno e vengono, il che è strano per una particella di materia così stabile.

Fino a poco tempo, anche la dimensione esatta del protone era sconosciuta. Per molto tempo i fisici hanno avuto un valore di 0,877. femtometro (fm, dove il femtometro è pari a 100 quintilioni di metri). Nel 2010, un team internazionale ha condotto un nuovo esperimento presso l'Istituto Paul Scherrer in Svizzera e ha ottenuto un valore leggermente inferiore di 0,84 fm. Nel 2017 i fisici tedeschi, sulla base delle loro misurazioni, hanno calcolato un raggio protonico di 0,83 fm e, come previsto con l'accuratezza dell'errore di misura, corrisponderebbe al valore di 0,84 fm calcolato nel 2010 sulla base dell'esotica "radiazione di idrogeno muonico ."

Due anni dopo, un altro gruppo di scienziati che lavorano negli Stati Uniti, in Ucraina, in Russia e in Armenia, che ha formato il team PRad presso il Jefferson Lab in Virginia, ha confrontato le misurazioni con nuovo esperimento sullo scattering di protoni sugli elettroni. Gli scienziati hanno ottenuto il risultato: 0,831 femtometri. Gli autori dell'articolo su Nature non credono che il problema sia completamente risolto. Questa è la nostra conoscenza della particella, che è la "base" della materia.

Lo diciamo chiaramente protone - una particella subatomica stabile del gruppo dei barioni con carica +1 e massa a riposo di circa 1 unità. Protoni e neutroni sono nucleoni, elementi dei nuclei atomici. Il numero di protoni nel nucleo di un dato atomo è uguale al suo numero atomico, che è la base per ordinare gli elementi nella tavola periodica. Sono la componente principale dei raggi cosmici primari. Secondo il Modello Standard, il protone è una particella complessa classificata come adroni, o più precisamente, barioni. è composto da tre quark – due quark up “u” e uno down “d” legati dall'interazione forte trasmessa dai gluoni.

Secondo gli ultimi risultati sperimentali, se un protone decade, la vita media di questa particella supera 2,1 · 1029 anni. Secondo il Modello Standard, il protone, essendo il barione più leggero, non può decadere spontaneamente. Le teorie della grande unificazione non testate di solito predicono il decadimento del protone con una vita di almeno 1 x 1036 anni. Il protone può essere convertito, ad esempio, nel processo di cattura di elettroni. Questo processo non avviene spontaneamente, ma solo come risultato di fornire energia extra. Questo processo è reversibile. Ad esempio, quando ci si separa beta neutrone si trasforma in un protone. I neutroni liberi decadono spontaneamente (durata di circa 15 minuti), formando un protone.

Recentemente, esperimenti hanno dimostrato che i protoni ei loro vicini si trovano all'interno del nucleo di un atomo. neutroni sembrano molto più grandi di quanto dovrebbero essere. I fisici hanno escogitato due teorie contrastanti che cercano di spiegare questo fenomeno, e i sostenitori di ciascuna credono che l'altra sia sbagliata. Per qualche ragione, i protoni ei neutroni all'interno dei nuclei pesanti si comportano come se fossero molto più grandi di quando si trovavano all'esterno del nucleo. Gli scienziati lo chiamano effetto EMC della European Muon Collaboration, il gruppo che lo ha scoperto accidentalmente. Questa è una violazione di quelli esistenti.

I ricercatori suggeriscono che i quark che compongono i nucleoni interagiscono con altri quark di altri protoni e neutroni, distruggendo le pareti che separano le particelle. Quark che ne formano uno protone i quark formando un altro protone, iniziano ad occupare lo stesso posto. Ciò fa sì che i protoni (o neutroni) si allunghino e si offuschino. Crescono molto forte, anche se in un periodo di tempo molto breve. Tuttavia, non tutti i fisici sono d'accordo con questa descrizione del fenomeno. Quindi sembra che la vita sociale di un protone in un nucleo atomico non sia meno misteriosa della sua età e dimensione.