Das Proton besteht aus drei Teilen, zwei Aufwärtsquarks und einem Abwärtsquark… und den Gluonen, die diese drei Quarks austauschen. Auf diese Weise verhindert die starke (nukleare) Kraft, dass sie herauskommen.
Die Welt des Protons ist eine Quantenwelt, und so wird sie vollständig durch nur eine Handvoll Zahlen beschrieben, die ihren Spin charakterisieren (ein technischer Begriff, der nicht mit dem alltäglichen englischen Wort zu verwechseln ist; der Spin des Protons ist 1/2), elektrisch Ladung (+1 e oder 1,602176487 (40) × 10-19 C), Isospin (ebenfalls 1/2) und Parität (+1). Diese Eigenschaften leiten sich direkt von denen der Protonenteile ab, den drei Quarks; Beispielsweise hat der Up-Quark eine elektrische Ladung von +2/3 e und der Down-Quark von -1/3 e, was +1 e ergibt. Ein weiteres Beispiel, Farbladung: Das Proton hat eine Farbladung von Null, aber jeder seiner drei Quarks hat eine Farbladung ungleich Null - einer ist "blau", einer "rot" und einer "grün" - welche "Summe" 'auf Null (natürlich hat die Farbladung überhaupt nichts mit den Farben zu tun, die Sie und ich mit unseren Augen sehen!).
Murray Gell-Mann und George Zweig kamen 1964 unabhängig voneinander auf die Idee, dass die Teile des Protons Quarks sind (obwohl erst einige Jahre später gute Beweise für die Existenz solcher Teile erhalten wurden). Gell-Mann erhielt später dafür und für andere Arbeiten zu fundamentalen Teilchen den Nobelpreis für Physik (Zweig hat noch keinen Nobelpreis erhalten).
Die Quantentheorie, die die starke Wechselwirkung (oder starke Kernkraft) beschreibt, ist die Quantenchromodynamik, kurz QCD (teilweise nach den „Farben“ der Quarks benannt), und dies erklärt, warum das Proton die Masse hat, die es hat. Sie sehen, die Masse des Up-Quarks beträgt etwa 2,4 MeV (Mega-Elektronenvolt; Teilchenphysiker messen die Masse in MeV / c2) und die Daunen sind ungefähr 4,8 MeV. Gluonen sind wie Photonen masselos, daher sollte das Proton eine Masse von etwa 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8) haben, oder? Aber es ist tatsächlich 938 MeV! QCD erklärt diesen enormen Unterschied durch die Energie des QCD-Vakuums im Proton; im Grunde genommen die Eigenenergie unaufhörlicher Wechselwirkungen von Quarks und Gluonen.
Weiterführende Literatur: Die Physik des RHIC (Brookhaven National Lab), Wie werden Protonen und Neutronen in einem Kern zusammengehalten? Und Sind Protonen und Neutronen grundlegend? (das Partikelabenteuer) sind drei gute Orte!
Einige der Artikel des Space Magazine, die für Protonenteile relevant sind, sind: Enddetektor am Large Hadron Collider, versteckte Deuteriumspeicher in der Milchstraße und neue Studie zeigt, dass sich die fundamentale Kraft im Laufe der Zeit nicht geändert hat.
Zwei Astronomy Cast-Episoden, die Sie auf Protonenteile nicht missen möchten: Die starken und schwachen Nuklearkräfte und Inside the Atom.
Quellen:
Chem4Kids
Wikipedia
