Il protone ha tre parti, due quark up e uno quark down ... e i gluoni che questi tre quark si scambiano, ed è così che la forza (nucleare) potente lavora per impedire loro di uscire.
Il mondo del protone è totalmente quantico, e quindi è descritto interamente da una manciata di numeri, che ne caratterizzano lo spin (un termine tecnico, da non confondere con la parola inglese di tutti i giorni; lo spin del protone è 1/2), elettrico carica (+1 e, o 1.602176487 (40) × 10-19 C), isospin (anche 1/2) e parità (+1). Queste proprietà derivano direttamente da quelle delle parti protoniche, i tre quark; per esempio, il quark up ha una carica elettrica di +2/3 e e il down -1/3 e, che si sommano a +1 e. Un altro esempio, carica di colore: il protone ha una carica di colore pari a zero, ma ciascuno dei suoi tre quark costituenti ha una carica di colore diversa da zero - uno è "blu", uno "rosso" e uno "verde" - che "somma 'a zero (ovviamente, la carica del colore non ha nulla a che fare con i colori che io e te vediamo con i nostri occhi!).
Murray Gell-Mann e George Zweig hanno ideato indipendentemente che le parti del protone sono quark, nel 1964 (anche se non è stato fino a diversi anni dopo che sono state ottenute buone prove dell'esistenza di tali parti). A Gell-Mann fu assegnato in seguito il premio Nobel per la fisica e altri lavori sulle particelle fondamentali (Zweig non ha ancora ricevuto un Nobel).
La teoria quantistica che descrive la forte interazione (o forte forza nucleare) è la cromodinamica quantistica, in breve QCD (che prende il nome in parte dai "colori" dei quark), e questo spiega perché il protone ha la massa che possiede. Vedi, la massa del quark up è di circa 2,4 MeV (mega-volt elettronici; i fisici delle particelle misurano la massa in MeV / c2) e il calo è di circa 4,8 MeV. I gluoni, come i fotoni, sono privi di massa, quindi il protone dovrebbe avere una massa di circa 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), giusto? Ma in realtà è 938 MeV! Il QCD spiega questa enorme differenza per l'energia del vuoto QCD all'interno del protone; in sostanza, l'autoenergia di interazioni incessanti di quark e gluoni.
Ulteriori letture: The Physics of RHIC (Brookhaven National Lab), In che modo i protoni e i neutroni sono tenuti insieme in un nucleo? E i protoni e i neutroni sono fondamentali? (la Particle Adventure) sono tre buoni posti dove andare!
Alcuni degli articoli della rivista Space relativi alle parti di protoni sono: Rivelatore finale in atto presso il Large Hadron Collider, Hidden Stores of Deuterium Scoperto nella Via Lattea e Nuovo studio trova che la forza fondamentale non è cambiata nel tempo.
Due episodi di Cast di astronomia da non perdere, da parte dei protoni: Le forze nucleari forti e deboli e Inside the Atom.
fonti:
Chem4Kids
Wikipedia
