პროტონის საიდუმლოებები. ასაკი და ზომა ჯერ უცნობია

ცნობილია, რომ პროტონში სამი კვარკია. სინამდვილეში, მისი სტრუქტურა უფრო რთულია (1) და გლუონების დამატება, რომლებიც აკავშირებენ კვარკებს ერთმანეთთან, არ არის საქმის დასასრული. პროტონი ითვლება კვარკებისა და ანტიკვარკების ნამდვილ ზღვად, რომლებიც მოდიან და მიდიან, რაც უცნაურია მატერიის ასეთი სტაბილური ნაწილაკისთვის.

ბოლო დრომდე, პროტონის ზუსტი ზომაც კი უცნობი იყო. დიდი ხნის განმავლობაში ფიზიკოსებს ჰქონდათ ღირებულება 0,877. ფემტომეტრი (fm, სადაც ფემტომეტრი უდრის 100 კვინტილიონ მეტრს). 2010 წელს საერთაშორისო გუნდმა ჩაატარა ახალი ექსპერიმენტი შვეიცარიის პოლ შერერის ინსტიტუტში და მიიღო ოდნავ დაბალი მნიშვნელობა 0,84 fm. 2017 წელს გერმანელმა ფიზიკოსებმა, თავიანთი გაზომვების საფუძველზე, გამოთვალეს პროტონის რადიუსი 0,83 fm და, როგორც მოსალოდნელი იყო გაზომვის შეცდომის სიზუსტით, იგი შეესაბამებოდა 0,84 fm მნიშვნელობას, რომელიც გამოთვლილია 2010 წელს ეგზოტიკური "მუნონური წყალბადის გამოსხივების საფუძველზე". ."

ორი წლის შემდეგ, შეერთებულ შტატებში, უკრაინაში, რუსეთსა და სომხეთში მომუშავე მეცნიერთა სხვა ჯგუფმა, რომლებმაც შექმნეს PRad გუნდი ჯეფერსონის ლაბორატორიაში ვირჯინიაში, გადაამოწმა გაზომვები. ახალი ექსპერიმენტი ელექტრონებზე პროტონების გაფანტვის შესახებ. მეცნიერებმა მიიღეს შედეგი - 0,831 ფემტომეტრი. ამის შესახებ Nature-ის ნაშრომის ავტორებს არ სჯერათ, რომ პრობლემა მთლიანად მოგვარებულია. ეს არის ჩვენი ცოდნა ნაწილაკზე, რომელიც არის მატერიის „ფუძე“.

ჩვენ ამას გარკვევით ვამბობთ პროტონი - სტაბილური სუბატომური ნაწილაკი ბარიონების ჯგუფიდან +1 მუხტით და დასვენების მასით დაახლოებით 1 ერთეული. პროტონები და ნეიტრონები არის ნუკლეონები, ატომის ბირთვების ელემენტები. მოცემული ატომის ბირთვში პროტონების რაოდენობა უდრის მის ატომურ რიცხვს, რაც წარმოადგენს პერიოდულ სისტემაში ელემენტების მოწესრიგების საფუძველს. ისინი პირველადი კოსმოსური სხივების მთავარი კომპონენტია. სტანდარტული მოდელის მიხედვით, პროტონი არის რთული ნაწილაკი, რომელიც კლასიფიცირდება როგორც ჰადრონები, უფრო ზუსტად, ბარიონები. შედგება სამი კვარკისგან - ორი ზემოთ "u" და ერთი "d" კვარკი, რომლებიც შეკრულია გლუონების მიერ გადაცემული ძლიერი ურთიერთქმედებით.

უახლესი ექსპერიმენტული შედეგების მიხედვით, თუ პროტონი იშლება, მაშინ ამ ნაწილაკების სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობა აღემატება 2,1 · 1029 წელს. სტანდარტული მოდელის მიხედვით, პროტონი, როგორც ყველაზე მსუბუქი ბარიონი, ვერ იშლება სპონტანურად. გამოუცდელი დიდი ერთიანი თეორიები ჩვეულებრივ პროგნოზირებენ პროტონის დაშლას მინიმუმ 1 x 1036 წლის სიცოცხლის განმავლობაში. პროტონი შეიძლება გარდაიქმნას, მაგალითად, ელექტრონის დაჭერის პროცესში. ეს პროცესი არ ხდება სპონტანურად, არამედ მხოლოდ ამის შედეგად უზრუნველყოს დამატებითი ენერგია. ეს პროცესი შექცევადია. მაგალითად, განშორებისას ბეტა ნეიტრონი იქცევა პროტონად. თავისუფალი ნეიტრონები სპონტანურად იშლება (სიცოცხლის ხანგრძლივობა დაახლოებით 15 წუთი), ქმნიან პროტონს.

ახლახან ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ პროტონები და მათი მეზობლები ატომის ბირთვში არიან. ნეიტრონები ბევრად უფრო დიდი ჩანს ვიდრე უნდა იყოს. ფიზიკოსებმა გამოიგონეს ორი კონკურენტი თეორია, რომლებიც ცდილობენ ამ ფენომენის ახსნას და თითოეულის მომხრეებს მიაჩნიათ, რომ მეორე არასწორია. გარკვეული მიზეზების გამო, პროტონები და ნეიტრონები მძიმე ბირთვებში იქცევიან ისე, თითქოს ისინი ბევრად უფრო დიდი იყვნენ, ვიდრე ბირთვის გარეთ იყვნენ. მეცნიერები მას უწოდებენ EMC ეფექტს European Muon Collaboration-დან, ჯგუფიდან, რომელმაც ის შემთხვევით აღმოაჩინა. ეს უკვე არსებულის დარღვევაა.

მკვლევარები ვარაუდობენ, რომ კვარკები, რომლებიც ქმნიან ნუკლეონებს, ურთიერთქმედებენ სხვა პროტონებისა და ნეიტრონების სხვა კვარკებთან, ანადგურებენ ნაწილაკების გამყოფ კედლებს. კვარკები, რომლებიც ქმნიან ერთს პროტონი i კვარკები სხვა პროტონის წარმოქმნით, ისინი იწყებენ იმავე ადგილის დაკავებას. ეს იწვევს პროტონების (ან ნეიტრონების) გაჭიმვას და ბუნდოვანებას. ისინი ძალიან ძლიერად იზრდებიან, თუმცა ძალიან მოკლე დროში. თუმცა, ყველა ფიზიკოსი არ ეთანხმება ფენომენის ამ აღწერას. ასე რომ, როგორც ჩანს, პროტონის სოციალური ცხოვრება ატომის ბირთვში არანაკლებ იდუმალია ვიდრე მისი ასაკი და ზომა.