Proton tak naprawdę to podstawowy element każdego atomu dowolnego pierwiastka. O ile wiemy, że atom składa się z protonów, neutronów i elektronów, to już wiedza o wnętrzu protona jest nawet na obecnym etapie rozwoju nauki delikatnie mówiąc mglista i naukowcy wciąż starają się ją badać.
Zajrzenie do wnętrz protonu nie należy do rzeczy łatwych. Mimo to naukowcy pracujący w akceleratorze cząstek im. Thomasa Jeffersona postanowili podjąć się tego zadania. Uzyskane przez nich wyniki pozwoliły nieco lepiej zrozumieć jak działa materia na najniższym poziomie.
Co znajduje się we wnętrzu protonu?
Zaglądając do wnętrza protonu fizycy ze Stanów Zjednoczonych przyjrzeli się tworzącym go gluonom. Aby tego dokonać, trzeba było dokonać pomiaru znanego jako określenie grawitacyjnego współczynnika kształtu protonu. Na podstawie jego wyników można ustalić rozkład masy protonu. Następnie naukowcy przyjrzeli się rozkładowi ładunku elektrycznego tego samego protonu.
Czytaj także: Nowe cząstki elementarne? Naukowcy z CERN na coś trafili
Co ciekawe, okazało się, że rozmiary masy protonu różnią się od rozmiarów protonu określanych na podstawie jego ładunku elektrycznego. Nikt wcześniej nie zakładał, że te rozmiary będą dokładnie takie same, jednak informacja o różnicy wnosi wiele w naszą wiedzę o budowie protonu.
Aby uzyskać o gluonach jakieś informacje, badacze wykorzystali wiązkę elektronów i wiązkę fotonów przechodzących przez atomy ciekłego wodoru. Wytworzone w ten sposób interakcje doprowadziły do powstania mezonów znanych jako cząstki J/ψ. Dopiero pomiary tempa opadu takich cząstek pozwoliły obliczyć rozkład zarówno masy jak i ładunku elektrycznego w protonie. Jakby nie patrzeć, same gluony nie mają ani ładunku, ani masy, a więc bezpośrednio obserwować ich się nie da.
Skoro jednak masa protonu ma mniejsze rozmiary od ładunku protonu, to znaczy, że masa jest bardziej skoncentrowana. Możliwe zatem, że gluony rozciągają się na nieco większej objętości niż kwarki, które nadają im masę.
Szczerze mówiąc trzeba przyznać, że w porównaniu do tego co się dzieje we wnętrzu protonu, to budowa atomu jest bardzo uporządkowana. Wchodząc do wnętrza protonu trzeba liczyć się z gluonami, cząstkami zarówno tymi przenoszącymi masęm jak i tymi bezmasowymi, pojawiającymi się i znikającymi cząstkami kwantowymi i wieloma innymi osobliwościami, które wymykają się logicznemu rozumieniu świata rzeczywistego.
Naukowcy przyznają, że przed nimi jeszcze bardzo dużo pracy zanim będą mogli powiedzieć, że zgłębili naturę tych cząstek subatomowych. Póki co trzeba się dowiedzieć, w jaki sposób ruch masy protonu wiążę się z ruchem samych gluonów utrzymujących go w całości.
