प्रोटॉन क्या है और इसके अंदर क्या है? प्राथमिक कण प्रोटॉन क्या है?

सभी पाँच अक्षर वाले प्राथमिक कण नीचे सूचीबद्ध हैं। प्रत्येक परिभाषा का संक्षिप्त विवरण दिया गया है।

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प्राथमिक कणों की सूची

फोटोन

यह विद्युत चुम्बकीय विकिरण की एक मात्रा है, उदाहरण के लिए प्रकाश। प्रकाश, बदले में, एक ऐसी घटना है जिसमें प्रकाश की धाराएँ शामिल होती हैं। फोटॉन एक प्राथमिक कण है। एक फोटॉन में उदासीन आवेश और शून्य द्रव्यमान होता है। फोटॉन स्पिन एकता के बराबर है। फोटॉन आवेशित कणों के बीच विद्युत चुम्बकीय संपर्क को वहन करता है। फोटॉन शब्द ग्रीक फॉस से आया है, जिसका अर्थ है प्रकाश।

फोनन

यह एक क्वासिपार्टिकल है, जो एक संतुलन स्थिति से क्रिस्टल जाली के परमाणुओं और अणुओं के लोचदार कंपन और विस्थापन की एक मात्रा है। क्रिस्टल जाली में, परमाणु और अणु लगातार एक दूसरे के साथ ऊर्जा साझा करते हुए बातचीत करते हैं। इस संबंध में, उनमें व्यक्तिगत परमाणुओं के कंपन के समान घटनाओं का अध्ययन करना लगभग असंभव है। इसलिए, परमाणुओं के यादृच्छिक कंपन को आमतौर पर क्रिस्टल जाली के अंदर ध्वनि तरंगों के प्रसार के प्रकार के अनुसार माना जाता है। इन तरंगों का क्वांटा फोनन है। फ़ोनॉन शब्द ग्रीक फ़ोन - ध्वनि से आया है।

फ़ज़ोन

फ़्लक्चुऑन फ़ैसन एक क्वासिपार्टिकल है, जो मिश्रधातुओं में या किसी अन्य हेटरोफ़ेज़ प्रणाली में एक उत्तेजना है, जो एक आवेशित कण, जैसे कि एक इलेक्ट्रॉन, के चारों ओर एक संभावित कुआं (लौहचुंबकीय क्षेत्र) बनाता है और इसे कैप्चर करता है।

रोटन

यह एक क्वासिपार्टिकल है जो सुपरफ्लुइड हीलियम में प्राथमिक उत्तेजना से मेल खाता है, उच्च आवेगों के क्षेत्र में, एक सुपरफ्लुइड तरल में भंवर गति की घटना से जुड़ा हुआ है। रोटन, लैटिन से अनुवादित का अर्थ है - कताई, कताई। रोटन 0.6 K से अधिक तापमान पर प्रकट होता है और ताप क्षमता के तेजी से तापमान-निर्भर गुणों को निर्धारित करता है, जैसे सामान्य घनत्व एन्ट्रापी और अन्य।

मेसोन

यह एक अस्थिर गैर-प्राथमिक कण है। मेसॉन कॉस्मिक किरणों में एक भारी इलेक्ट्रॉन है।
मेसॉन का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से अधिक और एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से कम होता है।

मेसॉन में क्वार्क और एंटीक्वार्क की संख्या सम होती है। मेसॉन में पियोन, काओन और अन्य भारी मेसॉन शामिल हैं।

क्वार्क

यह पदार्थ का एक प्राथमिक कण है, लेकिन अभी तक केवल काल्पनिक रूप से। क्वार्क को आमतौर पर छह कण और उनके प्रतिकण (एंटीक्वार्क) कहा जाता है, जो बदले में विशेष प्राथमिक कणों हैड्रोन का एक समूह बनाते हैं।

ऐसा माना जाता है कि जो कण मजबूत अंतःक्रिया में भाग लेते हैं, जैसे कि प्रोटॉन, न्यूरॉन्स और कुछ अन्य, क्वार्क से मिलकर बने होते हैं जो एक-दूसरे से कसकर जुड़े होते हैं। क्वार्क लगातार विभिन्न संयोजनों में मौजूद रहते हैं। एक सिद्धांत है कि बिग बैंग के बाद पहले क्षणों में क्वार्क मुक्त रूप में मौजूद हो सकते हैं।

ग्लुओं

प्राथमिक कण. एक सिद्धांत के अनुसार, ग्लूऑन क्वार्क को एक साथ चिपकाते हैं, जो बदले में प्रोटॉन और न्यूरॉन्स जैसे कण बनाते हैं। सामान्य तौर पर, ग्लूऑन सबसे छोटे कण होते हैं जो पदार्थ बनाते हैं।

बोसॉन

बोसोन-क्वासिपार्टिकल या बोस-कण। बोसोन में शून्य या पूर्णांक स्पिन होता है। यह नाम भौतिक विज्ञानी शात्येंद्रनाथ बोस के सम्मान में दिया गया है। एक बोसॉन इस मायने में भिन्न है कि उनमें से असीमित संख्या में एक ही क्वांटम अवस्था हो सकती है।

हैड्रान

हैड्रॉन एक प्राथमिक कण है जो वास्तव में प्राथमिक नहीं है। क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लूऑन से मिलकर बनता है। हैड्रॉन का कोई रंग चार्ज नहीं है और यह परमाणु सहित मजबूत इंटरैक्शन में भाग लेता है। हैड्रोन शब्द, ग्रीक एड्रोस से लिया गया है, जिसका अर्थ है बड़ा, विशाल।

• अनुवाद

चावल। 1: हाइड्रोजन परमाणु. बड़े पैमाने पर नहीं।

आप जानते हैं कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर मूल रूप से प्रोटॉन को एक दूसरे से टकराता है। लेकिन प्रोटॉन क्या है?

सबसे पहले, यह एक भयानक और पूर्ण गड़बड़ी है। हाइड्रोजन परमाणु जितना कुरूप और अराजक है, उतना ही सरल और सुरुचिपूर्ण है।

लेकिन फिर हाइड्रोजन परमाणु क्या है?

भौतिक विज्ञानी जिसे "बाध्य अवस्था" कहते हैं, यह उसका सबसे सरल उदाहरण है। "राज्य" का अनिवार्य रूप से मतलब कुछ ऐसा है जो काफी समय से मौजूद है, और "जुड़े" का मतलब है कि इसके घटक एक-दूसरे से जुड़े हुए हैं, जैसे विवाह में पति-पत्नी। वास्तव में, एक विवाहित जोड़े का उदाहरण जिसमें एक पति या पत्नी दूसरे की तुलना में बहुत अधिक भारी होता है, यहाँ बिल्कुल फिट बैठता है। प्रोटॉन केंद्र में बैठा है, बमुश्किल चल रहा है, और वस्तु के किनारों पर एक इलेक्ट्रॉन घूम रहा है, जो आपसे और मुझसे तेज चल रहा है, लेकिन प्रकाश की गति, सार्वभौमिक गति सीमा से बहुत धीमी है। वैवाहिक जीवन की एक शांतिपूर्ण छवि।

या जब तक हम प्रोटॉन पर गौर नहीं करते तब तक ऐसा ही लगता है। प्रोटॉन के अंदरूनी हिस्से स्वयं एक कम्यून की तरह हैं, जहां कई एकल वयस्क और बच्चे घनी तरह से भरे हुए हैं: शुद्ध अराजकता। यह भी एक बंधी हुई अवस्था है, लेकिन यह किसी सरल चीज़ को नहीं जोड़ती है, जैसे एक प्रोटॉन को एक इलेक्ट्रॉन के साथ, जैसे हाइड्रोजन में, या कम से कम कई दर्जन इलेक्ट्रॉनों को एक परमाणु नाभिक के साथ, जैसे कि सोने जैसे अधिक जटिल परमाणुओं में - लेकिन एक अनगिनत संख्या ( यानी, उनमें से बहुत सारे हैं और वे व्यावहारिक रूप से गिने जाने के लिए इतनी तेज़ी से बदलते हैं) हल्के कण जिन्हें क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लूऑन कहा जाता है। केवल प्रोटॉन की संरचना का वर्णन करना, सरल चित्र बनाना असंभव है - यह अत्यंत अव्यवस्थित है। सभी क्वार्क, ग्लूऑन, एंटीक्वार्क अधिकतम संभव गति से, लगभग प्रकाश की गति से अंदर भागते हैं।

चावल। 2: एक प्रोटॉन की छवि. कल्पना करें कि सभी क्वार्क (ऊपर, नीचे, अजीब - यू, डी, एस), एंटीक्वार्क (यू, डी, एस एक डैश के साथ), और ग्लूऑन (जी) लगभग प्रकाश की गति से आगे-पीछे दौड़ते हैं, प्रत्येक से टकराते हैं अन्य, प्रकट होते हैं और गायब हो जाते हैं

आपने सुना होगा कि एक प्रोटॉन में तीन क्वार्क होते हैं। लेकिन यह एक झूठ है - बड़े भले के लिए, लेकिन फिर भी काफी बड़ा है। वास्तव में, प्रोटॉन में असंख्य ग्लूऑन, एंटीक्वार्क और क्वार्क होते हैं। मानक संक्षिप्त नाम "एक प्रोटॉन दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क से बना है" बस यह कहता है कि एक प्रोटॉन में अप क्वार्क की तुलना में दो अधिक अप क्वार्क और डाउन क्वार्क की तुलना में एक अधिक डाउन क्वार्क होता है। इस कमी को सच करने के लिए, इसमें "और अनगिनत ग्लूऑन और क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े" जोड़ना आवश्यक है। इस वाक्यांश के बिना, प्रोटॉन का विचार इतना सरल हो जाएगा कि एलएचसी के संचालन को समझना पूरी तरह से असंभव होगा।

चावल। 3: एक रूढ़िवादी विकिपीडिया छवि में छोटा सफेद झूठ

सामान्य तौर पर, प्रोटॉन की तुलना में परमाणु एक विस्तृत बैले में पास डी ड्यूक्स की तरह होते हैं, जबकि एक डिस्को की तुलना में नशे में धुत किशोर ऊपर-नीचे उछल-कूद कर रहे होते हैं और डीजे पर हाथ हिला रहे होते हैं।

यही कारण है कि यदि आप एक सिद्धांतवादी हैं जो यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि एलएचसी प्रोटॉन टकराव में क्या देखेगा, तो आपके लिए कठिन समय होगा। वस्तुओं के बीच टकराव के परिणामों की भविष्यवाणी करना बहुत मुश्किल है जिसे सरल तरीके से वर्णित नहीं किया जा सकता है। लेकिन सौभाग्य से, 1970 के दशक से, 60 के दशक के ब्योर्केन के विचारों के आधार पर, सैद्धांतिक भौतिकविदों ने अपेक्षाकृत सरल और काम करने वाली तकनीक ढूंढ ली है। लेकिन यह अभी भी लगभग 10% की सटीकता के साथ कुछ सीमाओं तक काम करता है। इस और कुछ अन्य कारणों से, एलएचसी पर हमारी गणना की विश्वसनीयता हमेशा सीमित होती है।

प्रोटॉन के बारे में एक और बात यह है कि यह छोटा होता है। सचमुच छोटा। यदि आप अपने शयनकक्ष के आकार के हाइड्रोजन परमाणु को उड़ाते हैं, तो प्रोटॉन धूल के एक कण के आकार का इतना छोटा होगा कि इसे नोटिस करना बहुत मुश्किल होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रोटॉन इतना छोटा है कि हम हाइड्रोजन परमाणु को सरल बताकर उसके अंदर चल रही अराजकता को नजरअंदाज कर सकते हैं। अधिक सटीक रूप से, एक प्रोटॉन का आकार हाइड्रोजन परमाणु के आकार से 100,000 गुना छोटा होता है।

तुलना के लिए, सूर्य का आकार सौर मंडल के आकार (नेप्च्यून की कक्षा द्वारा मापा गया) से केवल 3000 गुना छोटा है। यह सही है - परमाणु सौर मंडल से भी अधिक खाली है! जब आप रात में आसमान को देखें तो इसे याद रखें।

लेकिन आप पूछ सकते हैं, “एक सेकंड रुकें! क्या आप कह रहे हैं कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर किसी तरह परमाणु से 100,000 गुना छोटे प्रोटॉन से टकराता है? यह संभव ही कैसे है?

बढ़िया सवाल.

प्रोटॉन टकराव बनाम क्वार्क, ग्लूऑन और एंटीक्वार्क के मिनी-टकराव

एलएचसी पर प्रोटॉन की टक्कर एक निश्चित ऊर्जा के साथ होती है। 2011 में यह 7 TeV = 7000 GeV था, और 2012 में 8 TeV = 8000 GeV था। लेकिन कण भौतिक विज्ञानी मुख्य रूप से एक प्रोटॉन के क्वार्क की दूसरे प्रोटॉन के एंटीक्वार्क के साथ टक्कर, या दो ग्लूऑन की टक्कर आदि में रुचि रखते हैं। - कुछ ऐसा जो वास्तव में एक नई भौतिक घटना के उद्भव का कारण बन सकता है। ये मिनी-टकराव कुल प्रोटॉन टकराव ऊर्जा का एक छोटा सा अंश वहन करते हैं। वे इस ऊर्जा का कितना भाग ले जा सकते हैं, और टक्कर ऊर्जा को 7 TeV से 8 TeV तक बढ़ाना क्यों आवश्यक था?

उत्तर चित्र में है. 4. ग्राफ एटलस डिटेक्टर द्वारा पता लगाए गए टकरावों की संख्या दिखाता है। 2011 की गर्मियों के डेटा में अन्य क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लूऑन से क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लूऑन का प्रकीर्णन शामिल है। इस तरह के मिनी-टकराव अक्सर दो जेट (हैड्रोन के जेट, उच्च-ऊर्जा क्वार्क, ग्लूऑन या मूल प्रोटॉन से निकले एंटीक्वार्क की अभिव्यक्तियाँ) उत्पन्न करते हैं। जेट की ऊर्जा और दिशाओं को मापा जाता है, और इस डेटा से मिनी-टकराव में शामिल होने वाली ऊर्जा की मात्रा निर्धारित की जाती है। ग्राफ़ ऊर्जा के फलन के रूप में इस प्रकार के लघु-टकरावों की संख्या दिखाता है। ऊर्ध्वाधर अक्ष लघुगणकीय है - प्रत्येक रेखा मात्रा में 10 गुना वृद्धि को दर्शाती है (10 n, 1 को दर्शाता है और इसके बाद n शून्य को दर्शाता है)। उदाहरण के लिए, 1550 से 1650 GeV तक ऊर्जा अंतराल में देखे गए लघु-टकरावों की संख्या लगभग 10 3 = 1000 (नीली रेखाओं से चिह्नित) थी। ध्यान दें कि ग्राफ़ 750 GeV से शुरू होता है, लेकिन जैसे-जैसे आप कम ऊर्जा जेट का अध्ययन करते हैं, मिनी-टकराव की संख्या बढ़ती रहती है, उस बिंदु तक जहां जेट का पता लगाना बहुत कमजोर हो जाता है।

चावल। 4: ऊर्जा के फलन के रूप में टकरावों की संख्या (एम जेजे)

विचार करें कि 7 TeV = 7000 GeV की ऊर्जा के साथ प्रोटॉन-प्रोटॉन टकराव की कुल संख्या 100,000,000,000,000 तक पहुंच गई। और इन सभी टकरावों में से, केवल दो मिनी-टकराव 3,500 GeV से अधिक थे - एक प्रोटॉन टकराव की आधी ऊर्जा। सैद्धांतिक रूप से, एक मिनी-टकराव की ऊर्जा 7000 GeV तक बढ़ सकती है, लेकिन इसकी संभावना हर समय कम होती जा रही है। हम 6000 GeV मिनी-टकराव को इतना कम देखते हैं कि 100 गुना अधिक डेटा एकत्र करने पर भी हमें 7000 GeV देखने की संभावना नहीं है।

टक्कर ऊर्जा को 2010-2011 में 7 TeV से बढ़ाकर 2012 में 8 TeV करने के क्या फायदे हैं? जाहिर है, आप ऊर्जा स्तर ई पर जो कर सकते थे, अब आप ऊर्जा स्तर 8/7 ई ≈ 1.14 ई पर कर सकते हैं। इसलिए, यदि पहले आप इतने सारे डेटा में एक निश्चित प्रकार के काल्पनिक कण के संकेत देखने की उम्मीद कर सकते थे 1000 GeV/c 2 का द्रव्यमान, तो अब हम डेटा के समान सेट के साथ कम से कम 1100 GeV/c 2 प्राप्त करने की उम्मीद कर सकते हैं। मशीन की क्षमताएं बढ़ रही हैं - आप थोड़े बड़े द्रव्यमान के कणों की खोज कर सकते हैं। और यदि आप 2011 की तुलना में 2012 में तीन गुना अधिक डेटा एकत्र करते हैं, तो आपको प्रत्येक ऊर्जा स्तर के लिए अधिक टकराव मिलेंगे, और आप 1200 GeV/s 2 के द्रव्यमान वाले एक काल्पनिक कण के हस्ताक्षर देख पाएंगे।

लेकिन यह बिलकुल भी नहीं है। चित्र में नीली और हरी रेखाओं को देखें। 4: वे दिखाते हैं कि वे 1400 और 1600 GeV के क्रम की ऊर्जा पर होते हैं - जैसे कि वे 7 से 8 की तरह एक-दूसरे के साथ सहसंबद्ध होते हैं। 7 TeV के प्रोटॉन टकराव ऊर्जा स्तर पर, क्वार्क के साथ क्वार्क के मिनी-टकराव की संख्या , ग्लूऑन के साथ क्वार्क, आदि। पी। 1400 GeV की ऊर्जा के साथ टकराव की संख्या 1600 GeV की ऊर्जा के साथ दोगुने से भी अधिक है। लेकिन जब मशीन ऊर्जा को 8/7 तक बढ़ा देती है, तो 1400 के लिए जो काम करता था वह 1600 के लिए काम करना शुरू कर देता है। दूसरे शब्दों में, यदि आप निश्चित ऊर्जा के छोटे-छोटे टकरावों में रुचि रखते हैं, तो उनकी संख्या बढ़ जाती है - और 14% की वृद्धि से कहीं अधिक प्रोटोन टकराव ऊर्जा में! इसका मतलब यह है कि पसंदीदा ऊर्जा वाली किसी भी प्रक्रिया के लिए, जैसे कि हल्के हिग्स कणों की उपस्थिति, जो 100-200 GeV के क्रम की ऊर्जा पर होती है, आपको उसी पैसे के लिए अधिक परिणाम मिलते हैं। 7 से 8 TeV तक जाने का मतलब है कि समान संख्या में प्रोटॉन टकराव के लिए आपको अधिक हिग्स कण मिलते हैं। हिग्स कण उत्पादन में लगभग 1.5 की वृद्धि होगी। अप क्वार्क तथा कुछ प्रकार के काल्पनिक कणों की संख्या थोड़ी और बढ़ जायेगी।

इसका मतलब यह है कि यद्यपि 2012 में प्रोटॉन टकराव की संख्या 2011 की तुलना में 3 गुना अधिक है, ऊर्जा में वृद्धि के कारण उत्पादित हिग्स कणों की कुल संख्या लगभग 4 गुना बढ़ जाएगी।

वैसे, अंजीर। चित्र 4 यह भी साबित करता है कि प्रोटॉन में केवल दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क नहीं होते हैं, जैसा कि चित्र में दर्शाया गया है। 3. यदि वे होते, तो क्वार्क को प्रोटॉन की ऊर्जा का लगभग एक तिहाई स्थानांतरित करना पड़ता, और अधिकांश मिनी-टकराव प्रोटॉन टकराव ऊर्जा के लगभग एक तिहाई की ऊर्जा पर होते: लगभग 2300 GeV। लेकिन ग्राफ़ दिखाता है कि 2300 GeV के क्षेत्र में कुछ खास नहीं होता है। 2300 GeV से कम ऊर्जा पर कई अधिक टकराव होते हैं, और आप जितना नीचे जाएंगे, उतनी अधिक टकराव देखेंगे। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रोटॉन में बड़ी संख्या में ग्लूऑन, क्वार्क और एंटीक्वार्क होते हैं, जिनमें से प्रत्येक प्रोटॉन की ऊर्जा का एक छोटा सा हिस्सा स्थानांतरित करता है, लेकिन उनमें से इतने सारे हैं कि वे बड़ी संख्या में मिनी-टकराव में भाग लेते हैं। प्रोटॉन का यह गुण चित्र में दिखाया गया है। 2 - हालाँकि वास्तव में कम ऊर्जा वाले ग्लूऑन और क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े की संख्या चित्र में दिखाए गए से कहीं अधिक है।

लेकिन ग्राफ जो नहीं दिखाता वह वह अंश है, जो एक निश्चित ऊर्जा के साथ मिनी-टकराव में, क्वार्क के साथ क्वार्क, ग्लूऑन के साथ क्वार्क, ग्लूऑन के साथ ग्लूऑन, एंटीक्वार्क के साथ क्वार्क, आदि पर पड़ता है। वास्तव में, एलएचसी पर प्रयोगों से यह सीधे नहीं कहा जा सकता है - क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लूऑन के जेट एक जैसे दिखते हैं। हम इन शेयरों को कैसे जानते हैं यह एक जटिल कहानी है, जिसमें कई अलग-अलग पिछले प्रयोग और उन्हें जोड़ने वाला सिद्धांत शामिल है। और इससे हमें पता चलता है कि उच्चतम ऊर्जा मिनी-टकराव आमतौर पर क्वार्क और क्वार्क के बीच और क्वार्क और ग्लूऑन के बीच होता है। कम ऊर्जा टकराव आमतौर पर ग्लून्स के बीच होते हैं। क्वार्क और एंटीक्वार्क के बीच टकराव अपेक्षाकृत दुर्लभ हैं, लेकिन वे कुछ भौतिक प्रक्रियाओं के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं।

एक प्रोटॉन के अंदर कणों का वितरण

चावल। 5

दो ग्राफ़, ऊर्ध्वाधर अक्ष के पैमाने में भिन्न होते हुए, ग्लूऑन, ऊपर या नीचे क्वार्क, या एंटीक्वार्क के साथ टकराव की सापेक्ष संभावना दिखाते हैं जो एक्स के बराबर प्रोटॉन की ऊर्जा का एक अंश ले जाता है। छोटे x पर, ग्लूऑन हावी हो जाते हैं (और क्वार्क और एंटीक्वार्क समान रूप से संभावित और असंख्य हो जाते हैं, हालांकि ग्लूऑन की तुलना में उनकी संख्या अभी भी कम है), और मध्यम x पर, क्वार्क हावी होते हैं (हालांकि वे संख्या में बहुत कम हो जाते हैं)।

दोनों ग्राफ़ एक ही चीज़ दिखाते हैं, बस एक अलग पैमाने पर, इसलिए जो उनमें से एक पर देखना मुश्किल है उसे दूसरे पर देखना आसान है। वे जो दिखाते हैं वह यह है: यदि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में एक प्रोटॉन किरण आपकी ओर आती है, और आप प्रोटॉन के अंदर किसी चीज से टकराते हैं, तो इसकी कितनी संभावना है कि आप एक अप क्वार्क, या एक डाउन क्वार्क, या एक ग्लूऑन, या एक से टकराएंगे। अप एंटीक्वार्क, या डाउन क्वार्क? एक एंटीक्वार्क जो एक्स के बराबर प्रोटॉन की ऊर्जा का एक अंश वहन करता है? इन ग्राफ़ों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि:

इस तथ्य से कि सभी वक्र छोटे x पर बहुत तेज़ी से बढ़ते हैं (निचले ग्राफ़ में देखा गया), यह इस प्रकार है कि प्रोटॉन में अधिकांश कण 10% (x) से कम स्थानांतरित होते हैं< 0,1) энергии протона, и вероятность столкнуться с частицей, переносящей мало энергии, гораздо больше вероятности столкнуться с частицей, переносящей много. При этом, 10% - не так уж и мало. В 2012 году лучи на БАК достигали энергий в 4 ТэВ, поэтому 10% означало 400 ГэВ. При этом для того, чтобы создать частицу хиггса энергией 124 ГэВ из двух глюонов требуется всего 62 ГэВ на глюон.
चूँकि पीला वक्र (नीचे) दूसरों की तुलना में बहुत अधिक है, इसका मतलब यह है कि यदि आपका सामना किसी ऐसी चीज़ से होता है जिसमें प्रोटॉन की ऊर्जा का 10% से कम होता है, तो यह संभवतः ग्लूऑन है; और प्रोटॉन ऊर्जा के 2% से नीचे गिरने पर इसके क्वार्क या एंटीक्वार्क होने की समान संभावना है।
चूँकि x बढ़ने पर ग्लूऑन वक्र (शीर्ष) क्वार्क वक्र से नीचे चला जाता है, इसका तात्पर्य यह है कि यदि आप प्रोटॉन की ऊर्जा के 20% (x > 0.2) से अधिक ऊर्जा ले जाने वाली किसी भी चीज़ का सामना करते हैं - जो बहुत, बहुत दुर्लभ है - तो यह, सबसे अधिक संभावना है। क्वार्क, और इसकी अप क्वार्क होने की संभावना डाउन क्वार्क होने की प्रायिकता से दोगुनी है। यह इस विचार का अवशेष है कि "एक प्रोटॉन दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क होता है।"
x बढ़ने पर सभी वक्र तेजी से गिरते हैं; यह बहुत कम संभावना है कि आपको प्रोटॉन की 50% से अधिक ऊर्जा ले जाने वाली किसी चीज़ का सामना करना पड़ेगा।

ये अवलोकन अप्रत्यक्ष रूप से चित्र में ग्राफ़ में परिलक्षित होते हैं। 4. यहां दो ग्राफ़ के बारे में कुछ और गैर-स्पष्ट बातें दी गई हैं:
प्रोटॉन की अधिकांश ऊर्जा कम संख्या में उच्च-ऊर्जा क्वार्क और बड़ी संख्या में कम-ऊर्जा ग्लूऑन के बीच (लगभग समान रूप से) विभाजित होती है।
कणों में, कम ऊर्जा वाले ग्लूऑन की संख्या प्रबल होती है, उसके बाद बहुत कम ऊर्जा वाले क्वार्क और एंटीक्वार्क आते हैं।

क्वार्क और एंटीक्वार्क की संख्या बहुत बड़ी है, लेकिन: अप क्वार्क की कुल संख्या घटाकर अप एंटीक्वार्क की कुल संख्या दो है, और डाउन क्वार्क की कुल संख्या घटाकर डाउन एंटीक्वार्क की कुल संख्या एक है। जैसा कि हमने ऊपर देखा, अतिरिक्त क्वार्क आपकी ओर उड़ने वाले प्रोटॉन की ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण (लेकिन बहुमत नहीं) हिस्सा ले जाते हैं। और केवल इस अर्थ में हम कह सकते हैं कि प्रोटॉन मूल रूप से दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क से बना होता है।

वैसे, यह सारी जानकारी प्रयोगों के एक आकर्षक संयोजन से प्राप्त की गई थी (मुख्य रूप से प्रोटॉन से इलेक्ट्रॉनों या न्यूट्रिनो के बिखरने पर या भारी हाइड्रोजन के परमाणु नाभिक से - ड्यूटेरियम, जिसमें एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है), विस्तृत समीकरणों का उपयोग करके एक साथ रखा गया था विद्युत चुम्बकीय, मजबूत परमाणु और कमजोर परमाणु अंतःक्रियाओं का वर्णन करना। यह लंबी कहानी 1960 के दशक के अंत और 1970 के दशक की शुरुआत तक फैली हुई है। और यह कोलाइडर में देखी गई घटनाओं की भविष्यवाणी करने के लिए बहुत अच्छा काम करता है जहां प्रोटॉन प्रोटॉन से टकराते हैं और प्रोटॉन एंटीप्रोटॉन से टकराते हैं, जैसे कि टेवाट्रॉन और एलएचसी।

प्रोटॉन की जटिल संरचना के अन्य साक्ष्य

आइए एलएचसी पर प्राप्त कुछ आंकड़ों पर नजर डालें और यह कैसे प्रोटॉन की संरचना के बारे में दावों का समर्थन करता है (हालांकि प्रोटॉन की वर्तमान समझ 3-4 दशक पुरानी है, कई प्रयोगों के लिए धन्यवाद)।

चित्र में ग्राफ़. 4 टकरावों के अवलोकन से प्राप्त होता है जिसके दौरान चित्र 1 में दिखाए गए जैसा कुछ घटित होता है। 6: एक प्रोटॉन का एक क्वार्क या एंटीक्वार्क या ग्लूऑन दूसरे प्रोटॉन के क्वार्क या एंटीक्वार्क या ग्लूऑन से टकराता है, उससे बिखर जाता है (या कुछ और जटिल होता है - उदाहरण के लिए, दो ग्लूऑन टकराते हैं और एक क्वार्क और एक एंटीक्वार्क में बदल जाते हैं), जिसके परिणामस्वरूप दो कणों (क्वार्क, एंटीक्वार्क या ग्लूऑन) में टकराव के बिंदु से दूर उड़ जाते हैं। ये दोनों कण जेट (हैड्रोन जेट) में बदल जाते हैं। जेट की ऊर्जा और दिशा को प्रभाव बिंदु के आसपास के कण डिटेक्टरों में देखा जाता है। इस जानकारी का उपयोग यह समझने के लिए किया जाता है कि दो मूल क्वार्क/ग्लूऑन/एंटीक्वार्क की टक्कर में कितनी ऊर्जा निहित थी। अधिक सटीक रूप से, दो जेटों के अपरिवर्तनीय द्रव्यमान को सी 2 से गुणा करने पर, दो मूल क्वार्क/ग्लूऑन/एंटीक्वार्क की टक्कर की ऊर्जा मिलती है।

चावल। 6

ऊर्जा के आधार पर इस प्रकार की टक्करों की संख्या चित्र में दिखाई गई है। 4. यह तथ्य कि कम ऊर्जा पर टकरावों की संख्या बहुत अधिक होती है, इसकी पुष्टि इस तथ्य से होती है कि प्रोटॉन के अंदर के अधिकांश कण अपनी ऊर्जा का केवल एक छोटा सा अंश ही स्थानांतरित करते हैं। डेटा 750 GeV की ऊर्जा से शुरू होता है।

चावल। 7: छोटे डेटा सेट से लिया गया कम ऊर्जा का डेटा। डाइजेट द्रव्यमान - चित्र में m jj के समान। 4.

चित्र के लिए डेटा. 7 को 2010 के सीएमएस प्रयोग से लिया गया है, जिस पर उन्होंने 220 GeV की ऊर्जा तक मांस टकराव की साजिश रची थी। यहां ग्राफ़ टकरावों की संख्या नहीं है, बल्कि थोड़ा अधिक जटिल है: प्रति GeV टकरावों की संख्या, यानी, हिस्टोग्राम कॉलम की चौड़ाई से विभाजित टकरावों की संख्या। यह देखा जा सकता है कि डेटा की संपूर्ण श्रृंखला पर समान प्रभाव काम करता रहता है। चित्र में दिखाए गए टकराव जैसे। 6, उच्च ऊर्जा की तुलना में कम ऊर्जा पर बहुत अधिक घटित होता है। और यह संख्या तब तक बढ़ती रहती है जब तक कि जेटों को अलग करना संभव नहीं हो जाता। एक प्रोटॉन में बहुत कम ऊर्जा वाले कण होते हैं, और उनमें से कुछ इसकी ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण अंश रखते हैं।

प्रोटॉन में एंटीक्वार्क की उपस्थिति के बारे में क्या? तीन सबसे दिलचस्प प्रक्रियाएं जो चित्र में दर्शाई गई टक्कर के समान नहीं हैं। 6, कभी-कभी एलएचसी पर होने वाली (कई मिलियन प्रोटॉन-प्रोटॉन टकरावों में से एक में) प्रक्रिया शामिल होती है:

क्वार्क + एंटीक्वार्क -> डब्ल्यू +, डब्ल्यू - या जेड कण।

उन्हें आकृति में दिखाया जाता है। 8.

चावल। 8

सीएमएस से संबंधित डेटा चित्र में दिया गया है। 9 और 10. चित्र. चित्र 9 से पता चलता है कि टकराव की संख्या जो एक इलेक्ट्रॉन या पॉज़िट्रॉन (बाएं) और कुछ अज्ञात (शायद एक न्यूट्रिनो या एंटीन्यूट्रिनो), या एक म्यूऑन और एक एंटीमूऑन (दाएं) उत्पन्न करती है, का सही अनुमान लगाया गया है। यह भविष्यवाणी मानक मॉडल (ऐसे समीकरण जो ज्ञात प्राथमिक कणों के व्यवहार की भविष्यवाणी करते हैं) और प्रोटॉन की संरचना को मिलाकर की जाती है। डेटा में बड़े शिखर W और Z कणों की उपस्थिति के कारण हैं। सिद्धांत डेटा पर पूरी तरह से फिट बैठता है।

चावल। 9: काले बिंदु - डेटा, पीले - पूर्वानुमान। घटनाओं की संख्या हजारों में दर्शाई गई है। बाएं: केंद्रीय शिखर डब्ल्यू कणों में न्यूट्रिनो के कारण होता है। दाईं ओर, टकराव में उत्पन्न लेप्टान और एंटीलेप्टन संयुक्त होते हैं और जिस कण से वे आए थे उसका द्रव्यमान निहित होता है। शिखर परिणामी Z कणों के कारण प्रकट होता है।

इससे भी अधिक विवरण चित्र में देखा जा सकता है। 10, जहां यह दिखाया गया है कि सिद्धांत, न केवल इनकी संख्या के संदर्भ में, बल्कि कई संबंधित मापों के संदर्भ में - जिनमें से अधिकांश एंटीक्वार्क के साथ क्वार्क की टक्कर से जुड़े हैं - डेटा से पूरी तरह मेल खाता है। सांख्यिकीय उतार-चढ़ाव के कारण डेटा (लाल बिंदु) और सिद्धांत (नीली पट्टियाँ) कभी भी सटीक रूप से मेल नहीं खाते हैं, इसी कारण से कि यदि आप एक सिक्के को दस बार उछालते हैं तो जरूरी नहीं कि आपको पाँच चित और पाँच पट प्राप्त हों। इसलिए, डेटा बिंदुओं को "त्रुटि पट्टी," ऊर्ध्वाधर लाल पट्टी के भीतर रखा जाता है। बैंड का आकार ऐसा है कि 30% माप के लिए त्रुटि बैंड सिद्धांत पर सीमाबद्ध होना चाहिए, और केवल 5% माप के लिए यह सिद्धांत से दो बैंड दूर होना चाहिए। यह देखा जा सकता है कि सभी साक्ष्य इस बात की पुष्टि करते हैं कि प्रोटॉन में कई एंटीक्वार्क होते हैं। और हम उन एंटीक्वार्कों की संख्या को सही ढंग से समझते हैं जो प्रोटॉन की ऊर्जा का एक निश्चित अंश ले जाते हैं।

चावल। 10

तब सब कुछ थोड़ा और जटिल हो जाता है। हम यह भी जानते हैं कि हमारे पास कितने अप और डाउन क्वार्क हैं, यह उनकी ऊर्जा पर निर्भर करता है, क्योंकि हम सही अनुमान लगाते हैं - 10% से कम की त्रुटि के साथ - हमें डब्ल्यू - कणों की तुलना में कितने अधिक डब्ल्यू + कण मिलते हैं (चित्र 11)।

चावल। ग्यारह

अप एंटीक्वार्क और डाउन क्वार्क का अनुपात 1 के करीब होना चाहिए, लेकिन डाउन क्वार्क की तुलना में अप क्वार्क अधिक होने चाहिए, खासकर उच्च ऊर्जा पर। चित्र में. 6 हम देख सकते हैं कि परिणामी W + और W - कणों का अनुपात हमें लगभग W कणों के उत्पादन में शामिल अप क्वार्क और डाउन क्वार्क का अनुपात देना चाहिए। लेकिन चित्र में। चित्र 11 दर्शाता है कि W + से W - कणों का मापा अनुपात 3 से 2 है, 2 से 1 नहीं। इससे यह भी पता चलता है कि एक प्रोटॉन का दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क से युक्त होने का अनुभवहीन विचार बहुत सरल है। सरलीकृत 2 से 1 अनुपात धुंधला है, क्योंकि एक प्रोटॉन में कई क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े होते हैं, जिनमें से ऊपरी और निचले लगभग बराबर होते हैं। धुंधलापन की डिग्री 80 GeV के W कण के द्रव्यमान से निर्धारित होती है। यदि आप इसे हल्का बनाते हैं, तो अधिक धुंधलापन होगा, और यदि यह भारी है, तो कम धुंधलापन होगा, क्योंकि प्रोटॉन में अधिकांश क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े कम ऊर्जा रखते हैं।

अंत में, आइए इस तथ्य की पुष्टि करें कि प्रोटॉन में अधिकांश कण ग्लूऑन हैं।

चावल। 12

ऐसा करने के लिए, हम इस तथ्य का उपयोग करेंगे कि शीर्ष क्वार्क दो तरीकों से बनाए जा सकते हैं: क्वार्क + एंटीक्वार्क -> शीर्ष क्वार्क + शीर्ष एंटीक्वार्क, या ग्लूऑन + ग्लूऑन -> शीर्ष क्वार्क + शीर्ष एंटीक्वार्क (चित्र 12)। हम चित्र में दिखाए गए माप के आधार पर क्वार्क और एंटीक्वार्क की संख्या जानते हैं, जो उनकी ऊर्जा पर निर्भर करता है। 9-11. इससे, हम मानक मॉडल के समीकरणों का उपयोग करके यह अनुमान लगा सकते हैं कि केवल क्वार्क और एंटीक्वार्क की टक्कर से कितने शीर्ष क्वार्क उत्पन्न होंगे। हम पिछले डेटा के आधार पर यह भी मानते हैं कि एक प्रोटॉन में अधिक ग्लूऑन होते हैं, इसलिए ग्लूऑन + ग्लूऑन -> टॉप क्वार्क + टॉप एंटीक्वार्क प्रक्रिया कम से कम 5 गुना अधिक होनी चाहिए। यह जांचना आसान है कि वहां ग्लूऑन हैं या नहीं; यदि वे नहीं हैं, तो डेटा सैद्धांतिक भविष्यवाणियों से काफी नीचे होना चाहिए।
ग्लूऑन टैग जोड़ें

पदार्थ की संरचना का अध्ययन करके, भौतिकविदों ने पता लगाया कि परमाणु किससे बने होते हैं, परमाणु नाभिक तक पहुंचे और इसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में विभाजित किया। ये सभी चरण काफी आसानी से दिए गए थे - आपको बस कणों को आवश्यक ऊर्जा तक तेज करना था, उन्हें एक-दूसरे के खिलाफ धकेलना था, और फिर वे स्वयं अपने घटक भागों में अलग हो जाएंगे।

लेकिन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ यह युक्ति अब काम नहीं करती। हालाँकि वे मिश्रित कण हैं, फिर भी उन्हें सबसे हिंसक टक्कर में भी "टुकड़ों में नहीं तोड़ा" जा सकता है। इसलिए, भौतिकविदों को प्रोटॉन के अंदर देखने, उसकी संरचना और आकार को देखने के विभिन्न तरीकों के साथ आने में दशकों लग गए। आज, प्रोटॉन की संरचना का अध्ययन कण भौतिकी के सबसे सक्रिय क्षेत्रों में से एक है।

प्रकृति संकेत देती है

प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की संरचना का अध्ययन करने का इतिहास 1930 के दशक का है। जब, प्रोटॉन के अलावा, न्यूट्रॉन की खोज की गई (1932), तो उनके द्रव्यमान को मापने के बाद, भौतिकविदों को यह जानकर आश्चर्य हुआ कि यह एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के बहुत करीब था। इसके अलावा, यह पता चला कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बिल्कुल उसी तरह से परमाणु संपर्क को "महसूस" करते हैं। इतना समान कि, परमाणु बलों के दृष्टिकोण से, एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन को एक ही कण की दो अभिव्यक्तियाँ माना जा सकता है - एक न्यूक्लियॉन: एक प्रोटॉन एक विद्युत आवेशित न्यूक्लियॉन है, और एक न्यूट्रॉन एक तटस्थ न्यूक्लियॉन है। न्यूट्रॉन और परमाणु बलों के लिए प्रोटॉन की अदला-बदली (लगभग) कुछ भी नोटिस नहीं करेगी।

भौतिक विज्ञानी प्रकृति के इस गुण को समरूपता के रूप में व्यक्त करते हैं - परमाणु संपर्क न्यूट्रॉन के साथ प्रोटॉन के प्रतिस्थापन के संबंध में सममित है, जैसे एक तितली दाएं के साथ बाएं के प्रतिस्थापन के संबंध में सममित है। यह समरूपता, परमाणु भौतिकी में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के अलावा, वास्तव में पहला संकेत थी कि न्यूक्लियंस की एक दिलचस्प आंतरिक संरचना थी। सच है, फिर, 30 के दशक में, भौतिकविदों को इस संकेत का एहसास नहीं हुआ।

समझ तो बाद में आई। इसकी शुरुआत इस तथ्य से हुई कि 1940-50 के दशक में, विभिन्न तत्वों के नाभिक के साथ प्रोटॉन की टक्कर की प्रतिक्रियाओं में, वैज्ञानिक अधिक से अधिक नए कणों की खोज करके आश्चर्यचकित थे। प्रोटॉन नहीं, न्यूट्रॉन नहीं, उस समय तक खोजे गए पाई-मेसन नहीं, जो नाभिक में न्यूक्लियॉन रखते हैं, लेकिन कुछ पूरी तरह से नए कण। अपनी सारी विविधता के बावजूद, इन नए कणों में दो सामान्य गुण थे। सबसे पहले, वे, न्यूक्लियंस की तरह, बहुत स्वेच्छा से परमाणु बातचीत में भाग लेते थे - अब ऐसे कणों को हैड्रोन कहा जाता है। और दूसरी बात, वे बेहद अस्थिर थे. उनमें से सबसे अस्थिर एक नैनोसेकंड के केवल एक खरबवें हिस्से में अन्य कणों में विघटित हो गया, यहां तक ​​कि परमाणु नाभिक के आकार को उड़ने का समय भी नहीं मिला!

लंबे समय तक, हैड्रॉन "चिड़ियाघर" पूरी तरह से अस्त-व्यस्त था। 1950 के दशक के अंत में, भौतिकविदों ने पहले से ही विभिन्न प्रकार के हैड्रॉन के बारे में बहुत कुछ जान लिया था, उनकी एक-दूसरे से तुलना करना शुरू कर दिया था, और अचानक उनके गुणों में एक निश्चित सामान्य समरूपता, यहां तक ​​कि आवधिकता भी देखी। यह सुझाव दिया गया कि सभी हैड्रॉन (न्यूक्लियॉन सहित) के अंदर कुछ सरल वस्तुएं होती हैं जिन्हें "क्वार्क" कहा जाता है। क्वार्कों को अलग-अलग तरीकों से संयोजित करके, अलग-अलग हैड्रॉन प्राप्त करना संभव है, और बिल्कुल एक ही प्रकार के और उन्हीं गुणों के साथ जो प्रयोग में खोजे गए थे।

प्रोटॉन को प्रोटॉन क्या बनाता है?

जब भौतिकविदों ने हैड्रोन की क्वार्क संरचना की खोज की और जाना कि क्वार्क कई अलग-अलग किस्मों में आते हैं, तो यह स्पष्ट हो गया कि क्वार्क से कई अलग-अलग कणों का निर्माण किया जा सकता है। इसलिए जब बाद के प्रयोगों में एक के बाद एक नए हैड्रोन मिलते रहे तो किसी को आश्चर्य नहीं हुआ। लेकिन सभी हैड्रोन के बीच, कणों के एक पूरे परिवार की खोज की गई, जिसमें प्रोटॉन की तरह, केवल दो शामिल थे यू-क्वार्क और एक डी-क्वार्क. प्रोटॉन का एक प्रकार का "भाई"। और यहाँ भौतिक विज्ञानी आश्चर्यचकित थे।

आइए सबसे पहले एक सरल अवलोकन करें। यदि हमारे पास एक ही "ईंटों" से बनी कई वस्तुएं हैं, तो भारी वस्तुओं में अधिक "ईंटें" होती हैं, और हल्की वस्तुओं में कम होती हैं। यह एक बहुत ही प्राकृतिक सिद्धांत है, जिसे संयोजन का सिद्धांत या अधिरचना का सिद्धांत कहा जा सकता है, और यह रोजमर्रा की जिंदगी और भौतिकी दोनों में पूरी तरह से काम करता है। यहां तक ​​कि यह परमाणु नाभिक की संरचना में भी प्रकट होता है - आखिरकार, भारी नाभिक में बड़ी संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं।

हालाँकि, क्वार्क के स्तर पर यह सिद्धांत बिल्कुल भी काम नहीं करता है, और, माना कि, भौतिकविदों ने अभी तक इसका पूरी तरह से पता नहीं लगाया है कि क्यों। यह पता चला है कि प्रोटॉन के भारी भाइयों में भी प्रोटॉन के समान क्वार्क होते हैं, हालांकि वे प्रोटॉन से डेढ़ या दो गुना भारी होते हैं। वे प्रोटॉन से भिन्न (और एक दूसरे से भिन्न) नहीं हैं संघटन,और आपसी जगहक्वार्क, उस अवस्था के अनुसार जिसमें ये क्वार्क एक दूसरे के सापेक्ष होते हैं। यह क्वार्कों की सापेक्ष स्थिति को बदलने के लिए पर्याप्त है - और प्रोटॉन से हमें एक और, काफ़ी भारी, कण मिलेगा।

यदि आप अभी भी तीन से अधिक क्वार्क एक साथ लेंगे और एकत्र करेंगे तो क्या होगा? क्या कोई नया भारी कण होगा? आश्चर्य की बात है, यह काम नहीं करेगा - क्वार्क तीन में टूट जाएंगे और कई बिखरे हुए कणों में बदल जाएंगे। किसी कारण से, प्रकृति को कई क्वार्कों को एक पूरे में संयोजित करना "पसंद नहीं" है! अभी हाल ही में, वस्तुतः हाल के वर्षों में, संकेत मिलने लगे कि कुछ मल्टी-क्वार्क कण मौजूद हैं, लेकिन यह केवल इस बात पर जोर देता है कि प्रकृति उन्हें कितना पसंद नहीं करती है।

इस कॉम्बिनेटरिक्स से एक बहुत ही महत्वपूर्ण और गहरा निष्कर्ष निकलता है - हैड्रोन का द्रव्यमान क्वार्क के द्रव्यमान से बिल्कुल भी नहीं बनता है। लेकिन यदि किसी हैड्रॉन के द्रव्यमान को उसके घटक ईंटों को पुनः संयोजित करके बढ़ाया या घटाया जा सकता है, तो क्वार्क स्वयं हैड्रॉन के द्रव्यमान के लिए जिम्मेदार नहीं हैं। और वास्तव में, बाद के प्रयोगों में यह पता लगाना संभव था कि क्वार्क का द्रव्यमान स्वयं प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग दो प्रतिशत है, और शेष गुरुत्वाकर्षण बल क्षेत्र (विशेष कण - ग्लूऑन) के कारण उत्पन्न होता है क्वार्कों को एक साथ बांधें। उदाहरण के लिए, क्वार्कों की सापेक्ष स्थिति को बदलकर, उन्हें एक-दूसरे से दूर ले जाकर, हम ग्लूऑन क्लाउड को बदलते हैं, जिससे यह अधिक विशाल हो जाता है, जिसके कारण हैड्रॉन द्रव्यमान बढ़ जाता है (चित्र 1)।

तेज़ गति से चलने वाले प्रोटॉन के अंदर क्या चल रहा है?

ऊपर वर्णित हर चीज एक स्थिर प्रोटॉन से संबंधित है; भौतिकविदों की भाषा में, यह अपने बाकी फ्रेम में प्रोटॉन की संरचना है। हालाँकि, प्रयोग में, प्रोटॉन की संरचना पहली बार अन्य स्थितियों के तहत खोजी गई थी - अंदर तेजी से उड़नाप्रोटोन.

1960 के दशक के उत्तरार्ध में, त्वरक पर कण टकराव के प्रयोगों में, यह देखा गया कि निकट-प्रकाश गति से यात्रा करने वाले प्रोटॉन ऐसा व्यवहार करते थे मानो उनके अंदर की ऊर्जा समान रूप से वितरित नहीं थी, बल्कि व्यक्तिगत कॉम्पैक्ट वस्तुओं में केंद्रित थी। प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने पदार्थ के इन गुच्छों को प्रोटॉन के अंदर कहने का प्रस्ताव रखा पार्टन(अंग्रेज़ी से भाग -भाग)।

बाद के प्रयोगों ने पार्टन के कई गुणों की जांच की - उदाहरण के लिए, उनका विद्युत आवेश, उनकी संख्या, और प्रत्येक प्रोटॉन ऊर्जा का अंश। यह पता चला है कि आवेशित पार्टन क्वार्क हैं, और तटस्थ पार्टन ग्लूऑन हैं। हां, वही ग्लूऑन, जो प्रोटॉन के बाकी फ्रेम में बस क्वार्कों की "सेवा" करते थे, उन्हें एक-दूसरे की ओर आकर्षित करते थे, अब स्वतंत्र पार्टन हैं और क्वार्क के साथ, तेजी से आगे बढ़ने वाले प्रोटॉन के "पदार्थ" और ऊर्जा को ले जाते हैं। प्रयोगों से पता चला है कि लगभग आधी ऊर्जा क्वार्क में और आधी ग्लूऑन में संग्रहित होती है।

इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रोटॉन की टक्कर में पार्टन का अध्ययन सबसे आसानी से किया जाता है। तथ्य यह है कि, एक प्रोटॉन के विपरीत, एक इलेक्ट्रॉन मजबूत परमाणु इंटरैक्शन में भाग नहीं लेता है और एक प्रोटॉन के साथ इसकी टक्कर बहुत सरल दिखती है: इलेक्ट्रॉन बहुत कम समय के लिए एक आभासी फोटॉन उत्सर्जित करता है, जो एक आवेशित पार्टन में दुर्घटनाग्रस्त हो जाता है और अंततः एक उत्पन्न करता है। बड़ी संख्या में कण (चित्र 2)। हम कह सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन प्रोटॉन को "खोलने" और उसे अलग-अलग हिस्सों में विभाजित करने के लिए एक उत्कृष्ट स्केलपेल है - हालाँकि, केवल बहुत कम समय के लिए। यह जानकर कि त्वरक पर ऐसी प्रक्रियाएं कितनी बार होती हैं, कोई प्रोटॉन के अंदर पार्टन की संख्या और उनके चार्ज को माप सकता है।

वास्तव में पार्टन कौन हैं?

और यहां हम एक और आश्चर्यजनक खोज पर आते हैं जो भौतिकविदों ने उच्च ऊर्जा पर प्राथमिक कणों की टक्कर का अध्ययन करते समय की थी।

सामान्य परिस्थितियों में, इस या उस वस्तु में क्या शामिल है, इस प्रश्न का सभी संदर्भ प्रणालियों के लिए एक सार्वभौमिक उत्तर होता है। उदाहरण के लिए, एक पानी के अणु में दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु होते हैं - और इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम एक स्थिर या गतिशील अणु को देख रहे हैं। हालाँकि, यह नियम बहुत स्वाभाविक लगता है! - यदि हम प्रकाश की गति के करीब गति से चलने वाले प्राथमिक कणों के बारे में बात कर रहे हैं तो इसका उल्लंघन होता है। संदर्भ के एक फ्रेम में, एक जटिल कण में उपकणों का एक सेट शामिल हो सकता है, और संदर्भ के दूसरे फ्रेम में, दूसरे का। यह पता चला है कि रचना एक सापेक्ष अवधारणा है!

यह कैसे हो सकता है? यहां कुंजी एक महत्वपूर्ण गुण है: हमारी दुनिया में कणों की संख्या निश्चित नहीं है - कण पैदा हो सकते हैं और गायब हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि आप पर्याप्त उच्च ऊर्जा वाले दो इलेक्ट्रॉनों को एक साथ धकेलते हैं, तो इन दो इलेक्ट्रॉनों के अलावा, या तो एक फोटॉन, या एक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़ी, या कुछ अन्य कण पैदा हो सकते हैं। यह सब क्वांटम कानूनों द्वारा अनुमत है, और वास्तविक प्रयोगों में ठीक यही होता है।

लेकिन कणों का यह "गैर-संरक्षण का नियम" काम करता है टकराव के मामले मेंकण. ऐसा कैसे होता है कि एक ही प्रोटॉन अलग-अलग दृष्टिकोण से ऐसा दिखता है जैसे इसमें कणों का एक अलग समूह शामिल हो? मुद्दा यह है कि एक प्रोटॉन सिर्फ तीन क्वार्कों को एक साथ रखने से नहीं बनता है। क्वार्कों के बीच एक ग्लूऑन बल क्षेत्र होता है। सामान्य तौर पर, एक बल क्षेत्र (जैसे कि गुरुत्वाकर्षण या विद्युत क्षेत्र) एक प्रकार की सामग्री "इकाई" है जो अंतरिक्ष में प्रवेश करती है और कणों को एक दूसरे पर जोरदार प्रभाव डालने की अनुमति देती है। क्वांटम सिद्धांत में, क्षेत्र में कण भी होते हैं, यद्यपि विशेष - आभासी। इन कणों की संख्या निश्चित नहीं है; वे लगातार क्वार्क से "उभरते" रहते हैं और अन्य क्वार्क द्वारा अवशोषित होते रहते हैं।

आरामएक प्रोटॉन को वास्तव में तीन क्वार्क के रूप में सोचा जा सकता है जिनके बीच ग्लूऑन कूदते हैं। लेकिन अगर हम उसी प्रोटॉन को संदर्भ के एक अलग फ्रेम से देखते हैं, जैसे कि पास से गुजरने वाली "सापेक्षवादी ट्रेन" की खिड़की से, तो हमें एक पूरी तरह से अलग तस्वीर दिखाई देगी। वे आभासी ग्लूऑन जो क्वार्कों को एक साथ जोड़ते हैं वे कम आभासी, "अधिक वास्तविक" कण प्रतीत होंगे। बेशक, वे अभी भी क्वार्क द्वारा पैदा होते हैं और अवशोषित होते हैं, लेकिन साथ ही वे कुछ समय के लिए अपने आप रहते हैं, वास्तविक कणों की तरह क्वार्क के बगल में उड़ते हैं। जो संदर्भ के एक फ्रेम में एक साधारण बल क्षेत्र जैसा दिखता है वह दूसरे फ्रेम में कणों की एक धारा में बदल जाता है! ध्यान दें कि हम प्रोटॉन को स्वयं नहीं छूते हैं, बल्कि इसे केवल संदर्भ के एक अलग फ्रेम से देखते हैं।

आगे। हमारी "सापेक्षतावादी ट्रेन" की गति प्रकाश की गति के जितनी करीब होगी, हम प्रोटॉन के अंदर की तस्वीर उतनी ही आश्चर्यजनक देखेंगे। जैसे-जैसे हम प्रकाश की गति के करीब पहुंचते हैं, हम देखेंगे कि प्रोटॉन के अंदर अधिक से अधिक ग्लूऑन हैं। इसके अलावा, वे कभी-कभी क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े में विभाजित हो जाते हैं, जो पास-पास भी उड़ते हैं और उन्हें पार्टन भी माना जाता है। परिणामस्वरूप, एक अल्ट्रारिलेटिविस्टिक प्रोटॉन, यानी एक प्रोटॉन जो प्रकाश की गति के बहुत करीब गति से हमारे सापेक्ष घूम रहा है, क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लूऑन के इंटरपेनेट्रेटिंग बादलों के रूप में प्रकट होता है जो एक साथ उड़ते हैं और एक दूसरे का समर्थन करते प्रतीत होते हैं (चित्र) .3).

सापेक्षता के सिद्धांत से परिचित एक पाठक चिंतित हो सकता है। संपूर्ण भौतिकी इस सिद्धांत पर आधारित है कि कोई भी प्रक्रिया संदर्भ के सभी जड़त्वीय फ़्रेमों में समान तरीके से आगे बढ़ती है। लेकिन यह पता चला है कि प्रोटॉन की संरचना उस संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करती है जिससे हम इसे देखते हैं?!

हां, बिल्कुल, लेकिन यह किसी भी तरह से सापेक्षता के सिद्धांत का उल्लंघन नहीं करता है। भौतिक प्रक्रियाओं के परिणाम - उदाहरण के लिए, टकराव के परिणामस्वरूप कौन से कण और कितने कण उत्पन्न होते हैं - अपरिवर्तनीय होते हैं, हालांकि प्रोटॉन की संरचना संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करती है।

यह स्थिति, पहली नज़र में असामान्य, लेकिन भौतिकी के सभी नियमों को संतुष्ट करते हुए, चित्र 4 में योजनाबद्ध रूप से चित्रित की गई है। यह दिखाता है कि उच्च ऊर्जा वाले दो प्रोटॉन की टक्कर संदर्भ के विभिन्न फ्रेम में कैसे दिखती है: एक प्रोटॉन के बाकी फ्रेम में, द्रव्यमान के केंद्र का फ्रेम, दूसरे प्रोटॉन के बाकी फ्रेम में। प्रोटॉन के बीच परस्पर क्रिया विभाजित ग्लूऑन के एक कैस्केड के माध्यम से की जाती है, लेकिन केवल एक मामले में इस कैस्केड को एक प्रोटॉन का "अंदर" माना जाता है, दूसरे मामले में इसे दूसरे प्रोटॉन का हिस्सा माना जाता है, और तीसरे में यह बस कुछ है वह वस्तु जो दो प्रोटॉनों के बीच आदान-प्रदान होती है। यह झरना मौजूद है, यह वास्तविक है, लेकिन इसे प्रक्रिया के किस भाग के लिए जिम्मेदार ठहराया जाना चाहिए यह संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करता है।

एक प्रोटोन का 3डी चित्र

जिन सभी परिणामों के बारे में हमने अभी बात की, वे काफी समय पहले - पिछली शताब्दी के 60-70 के दशक में किए गए प्रयोगों पर आधारित थे। ऐसा प्रतीत होता है कि तब से हर चीज़ का अध्ययन किया जाना चाहिए था और सभी प्रश्नों के उत्तर मिलने चाहिए थे। लेकिन नहीं - प्रोटॉन की संरचना अभी भी कण भौतिकी में सबसे दिलचस्प विषयों में से एक बनी हुई है। इसके अलावा, हाल के वर्षों में, इसमें रुचि फिर से बढ़ गई है क्योंकि भौतिकविदों ने यह पता लगा लिया है कि तेजी से चलने वाले प्रोटॉन का "त्रि-आयामी" चित्र कैसे प्राप्त किया जाए, जो एक स्थिर प्रोटॉन के चित्र की तुलना में कहीं अधिक कठिन निकला।

प्रोटॉन टकराव पर क्लासिक प्रयोग केवल पार्टन की संख्या और उनके ऊर्जा वितरण के बारे में बताते हैं। ऐसे प्रयोगों में, पार्टन स्वतंत्र वस्तुओं के रूप में भाग लेते हैं, जिसका अर्थ है कि उनसे यह पता लगाना असंभव है कि पार्टन एक दूसरे के सापेक्ष कैसे स्थित हैं, या वे वास्तव में एक प्रोटॉन में कैसे जुड़ते हैं। हम कह सकते हैं कि लंबे समय तक भौतिकविदों के लिए तेज़ गति वाले प्रोटॉन का केवल "एक-आयामी" चित्र ही उपलब्ध था।

एक प्रोटॉन का वास्तविक, त्रि-आयामी चित्र बनाने और अंतरिक्ष में पार्टन के वितरण का पता लगाने के लिए, उन प्रयोगों की तुलना में कहीं अधिक सूक्ष्म प्रयोगों की आवश्यकता है जो 40 साल पहले संभव थे। भौतिकविदों ने हाल ही में, वस्तुतः पिछले दशक में ऐसे प्रयोग करना सीखा है। उन्होंने महसूस किया कि जब एक इलेक्ट्रॉन एक प्रोटॉन से टकराता है तो होने वाली बड़ी संख्या में विभिन्न प्रतिक्रियाओं में से एक विशेष प्रतिक्रिया होती है - गहरा आभासी कॉम्पटन प्रकीर्णन, - जो हमें प्रोटोन की त्रि-आयामी संरचना के बारे में बता सकता है।

सामान्य तौर पर, कॉम्पटन स्कैटरिंग, या कॉम्पटन प्रभाव, एक कण के साथ एक फोटॉन की लोचदार टक्कर है, उदाहरण के लिए एक प्रोटॉन। यह इस तरह दिखता है: एक फोटॉन आता है, एक प्रोटॉन द्वारा अवशोषित किया जाता है, जो थोड़े समय के लिए उत्तेजित अवस्था में चला जाता है, और फिर किसी दिशा में फोटॉन उत्सर्जित करते हुए अपनी मूल स्थिति में लौट आता है।

साधारण प्रकाश फोटॉन के कॉम्पटन प्रकीर्णन से कुछ भी दिलचस्प नहीं होता है - यह केवल एक प्रोटॉन से प्रकाश का प्रतिबिंब है। प्रोटॉन की आंतरिक संरचना को "खेल में लाने" और क्वार्क के वितरण को "महसूस" करने के लिए, बहुत उच्च ऊर्जा वाले फोटॉन का उपयोग करना आवश्यक है - सामान्य प्रकाश की तुलना में अरबों गुना अधिक। और ऐसे ही फोटॉन - भले ही आभासी हों - एक आपतित इलेक्ट्रॉन द्वारा आसानी से उत्पन्न होते हैं। यदि अब हम एक को दूसरे के साथ जोड़ते हैं, तो हमें गहरी आभासी कॉम्पटन प्रकीर्णन प्राप्त होती है (चित्र 5)।

इस प्रतिक्रिया की मुख्य विशेषता यह है कि यह प्रोटॉन को नष्ट नहीं करती है। आपतित फोटॉन सिर्फ प्रोटॉन से नहीं टकराता, बल्कि, जैसे वह था, ध्यान से उसे महसूस करता है और फिर उड़ जाता है। यह किस दिशा में उड़ता है और प्रोटॉन इससे कितनी ऊर्जा लेता है, यह प्रोटॉन की संरचना, उसके अंदर पार्टोन की सापेक्ष व्यवस्था पर निर्भर करता है। इसीलिए, इस प्रक्रिया का अध्ययन करके, प्रोटॉन की त्रि-आयामी उपस्थिति को बहाल करना संभव है, जैसे कि "इसकी मूर्तिकला को तराशना"।

सच है, एक प्रयोगात्मक भौतिक विज्ञानी के लिए ऐसा करना बहुत कठिन है। आवश्यक प्रक्रिया बहुत कम ही होती है, और इसे पंजीकृत करना कठिन है। इस प्रतिक्रिया पर पहला प्रायोगिक डेटा 2001 में हैम्बर्ग में जर्मन त्वरक कॉम्प्लेक्स DESY में HERA त्वरक पर प्राप्त किया गया था; प्रयोगकर्ताओं द्वारा अब डेटा की एक नई श्रृंखला संसाधित की जा रही है। हालाँकि, पहले से ही आज, पहले डेटा के आधार पर, सिद्धांतकार प्रोटॉन में क्वार्क और ग्लूऑन के त्रि-आयामी वितरण का चित्रण कर रहे हैं। एक भौतिक मात्रा, जिसके बारे में भौतिकविदों ने पहले केवल धारणाएँ बनाई थीं, अंततः प्रयोग से "उभरने" लगी।

क्या इस क्षेत्र में कोई अप्रत्याशित खोज हमारा इंतजार कर रही है? सम्भावना है कि हाँ. उदाहरण के लिए, मान लें कि नवंबर 2008 में एक दिलचस्प सैद्धांतिक लेख सामने आया था, जिसमें कहा गया था कि एक तेज़ गति से चलने वाले प्रोटॉन को एक फ्लैट डिस्क की तरह नहीं, बल्कि एक उभयलिंगी लेंस की तरह दिखना चाहिए। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि प्रोटॉन के मध्य क्षेत्र में बैठे पार्टन किनारों पर बैठे पार्टन की तुलना में अनुदैर्ध्य दिशा में अधिक मजबूती से संकुचित होते हैं। इन सैद्धांतिक भविष्यवाणियों का प्रयोगात्मक परीक्षण करना बहुत दिलचस्प होगा!

भौतिकविदों के लिए यह सब दिलचस्प क्यों है?

भौतिकविदों को यह जानने की आवश्यकता क्यों है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर पदार्थ कैसे वितरित होता है?

सबसे पहले, यह भौतिकी के विकास के तर्क के लिए आवश्यक है। दुनिया में कई आश्चर्यजनक रूप से जटिल प्रणालियाँ हैं जिनका आधुनिक सैद्धांतिक भौतिकी अभी तक पूरी तरह से सामना नहीं कर सका है। हैड्रोन एक ऐसी प्रणाली है। हैड्रोन की संरचना को समझकर, हम सैद्धांतिक भौतिकी की क्षमताओं का सम्मान कर रहे हैं, जो सार्वभौमिक हो सकती है और, शायद, पूरी तरह से कुछ अलग करने में मदद करेगी, उदाहरण के लिए, सुपरकंडक्टर्स या असामान्य गुणों वाली अन्य सामग्रियों के अध्ययन में।

दूसरे, परमाणु भौतिकी को इसका सीधा लाभ है। परमाणु नाभिक के अध्ययन के लगभग एक शताब्दी लंबे इतिहास के बावजूद, सिद्धांतकार अभी भी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच परस्पर क्रिया के सटीक नियम को नहीं जानते हैं।

उन्हें आंशिक रूप से प्रयोगात्मक डेटा के आधार पर इस कानून का अनुमान लगाना होगा, और आंशिक रूप से न्यूक्लियॉन की संरचना के बारे में ज्ञान के आधार पर इसका निर्माण करना होगा। यहीं पर न्यूक्लियंस की त्रि-आयामी संरचना पर नया डेटा मदद करेगा।

तीसरा, कई साल पहले भौतिक विज्ञानी पदार्थ की एक नई समुच्चय अवस्था - क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा - से कम नहीं प्राप्त करने में सक्षम थे। इस अवस्था में, क्वार्क व्यक्तिगत प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर नहीं बैठते हैं, बल्कि परमाणु पदार्थ के पूरे समूह में स्वतंत्र रूप से चलते हैं। उदाहरण के लिए, इसे इस प्रकार प्राप्त किया जा सकता है: भारी नाभिकों को त्वरक में प्रकाश की गति के बहुत करीब गति तक त्वरित किया जाता है, और फिर आमने-सामने टकराते हैं। इस टक्कर में बहुत ही कम समय के लिए खरबों डिग्री का तापमान उत्पन्न होता है, जो नाभिक को पिघलाकर क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा में बदल देता है। तो, यह पता चला है कि इस परमाणु पिघलने की सैद्धांतिक गणना के लिए न्यूक्लियंस की त्रि-आयामी संरचना के अच्छे ज्ञान की आवश्यकता होती है।

अंततः, ये डेटा खगोल भौतिकी के लिए बहुत आवश्यक हैं। जब भारी तारे अपने जीवन के अंत में विस्फोट करते हैं, तो वे अक्सर अपने पीछे अत्यंत सघन वस्तुएँ - न्यूट्रॉन और संभवतः क्वार्क तारे - छोड़ जाते हैं। इन तारों के मूल में पूरी तरह से न्यूट्रॉन होते हैं, और शायद ठंडे क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा भी होते हैं। ऐसे तारे लंबे समय से खोजे जा चुके हैं, लेकिन कोई केवल अनुमान ही लगा सकता है कि उनके अंदर क्या हो रहा है। इसलिए क्वार्क वितरण की अच्छी समझ से खगोल भौतिकी में प्रगति हो सकती है।

इस लेख में आपको प्रोटॉन के बारे में जानकारी मिलेगी, एक प्राथमिक कण के रूप में जो रसायन विज्ञान और भौतिकी में उपयोग किए जाने वाले अन्य तत्वों के साथ ब्रह्मांड का आधार बनाता है। प्रोटॉन के गुण, रसायन विज्ञान में इसकी विशेषताएं और स्थिरता निर्धारित की जाएगी।

प्रोटॉन क्या है

प्रोटॉन प्राथमिक कणों के प्रतिनिधियों में से एक है, जिसे बेरियन के रूप में वर्गीकृत किया गया है, उदाहरण के लिए। जिसमें फर्मियन दृढ़ता से परस्पर क्रिया करते हैं, और कण में स्वयं 3 क्वार्क होते हैं। प्रोटॉन एक स्थिर कण है और इसकी एक व्यक्तिगत गति होती है - स्पिन ½। प्रोटॉन का भौतिक पदनाम है पी(या पी +)

प्रोटॉन एक प्राथमिक कण है जो थर्मोन्यूक्लियर-प्रकार की प्रक्रियाओं में भाग लेता है। यह इस प्रकार की प्रतिक्रिया है जो अनिवार्य रूप से पूरे ब्रह्मांड में तारों द्वारा उत्पन्न ऊर्जा का मुख्य स्रोत है। सूर्य द्वारा जारी ऊर्जा की लगभग पूरी मात्रा दो प्रोटॉन से एक न्यूट्रॉन के गठन के साथ एक हीलियम नाभिक में 4 प्रोटॉन के संयोजन के कारण ही मौजूद है।

प्रोटॉन में निहित गुण

प्रोटॉन बेरिऑन के प्रतिनिधियों में से एक है। बात तो सही है। प्रोटॉन का आवेश और द्रव्यमान स्थिर मात्राएँ हैं। प्रोटॉन विद्युत रूप से चार्ज +1 है, और इसका द्रव्यमान माप की विभिन्न इकाइयों में निर्धारित किया जाता है और MeV 938.272 0813(58) में है, एक प्रोटॉन के किलोग्राम में वजन 1.672 621 898(21) 10 −27 किलोग्राम के आंकड़े में है, परमाणु द्रव्यमान की इकाइयों में एक प्रोटॉन का वजन 1.007 276 466 879(91) a है। ई.एम., और इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के संबंध में, प्रोटॉन का वजन इलेक्ट्रॉन के संबंध में 1836.152 673 89 (17) है।

एक प्रोटॉन, जिसकी परिभाषा पहले ही ऊपर दी जा चुकी है, भौतिकी के दृष्टिकोण से, आइसोस्पिन +½ के प्रक्षेपण के साथ एक प्राथमिक कण है, और परमाणु भौतिकी इस कण को ​​विपरीत संकेत के साथ मानता है। प्रोटॉन स्वयं एक न्यूक्लियॉन है, और इसमें 3 क्वार्क (दो यू क्वार्क और एक डी क्वार्क) होते हैं।

प्रोटॉन की संरचना का प्रायोगिक अध्ययन संयुक्त राज्य अमेरिका के परमाणु भौतिक विज्ञानी - रॉबर्ट हॉफस्टैटर द्वारा किया गया था। इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, भौतिक विज्ञानी ने प्रोटॉन को उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों से टकराया, और उनके विवरण के लिए उन्हें भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया।

प्रोटॉन में एक कोर (भारी कोर) होता है, जिसमें प्रोटॉन के विद्युत आवेश की लगभग पैंतीस प्रतिशत ऊर्जा होती है और इसका घनत्व काफी अधिक होता है। कोर के आसपास का खोल अपेक्षाकृत डिस्चार्ज हो गया है। शेल में मुख्य रूप से प्रकार और पी के आभासी मेसॉन होते हैं और यह प्रोटॉन की विद्युत क्षमता का लगभग पचास प्रतिशत वहन करता है और लगभग 0.25 * 10 13 से 1.4 * 10 13 की दूरी पर स्थित होता है। इससे भी आगे, लगभग 2.5 * 10 13 सेंटीमीटर की दूरी पर, शेल में आभासी मेसॉन होते हैं और इसमें प्रोटॉन के विद्युत आवेश का लगभग शेष पंद्रह प्रतिशत होता है।

प्रोटॉन स्थिरता और स्थिरता

मुक्त अवस्था में, प्रोटॉन क्षय का कोई लक्षण नहीं दिखाता है, जो इसकी स्थिरता को इंगित करता है। बेरिऑन के सबसे हल्के प्रतिनिधि के रूप में प्रोटॉन की स्थिर अवस्था, बेरिऑन की संख्या के संरक्षण के नियम द्वारा निर्धारित होती है। एसबीसी कानून का उल्लंघन किए बिना, प्रोटॉन न्यूट्रिनो, पॉज़िट्रॉन और अन्य हल्के प्राथमिक कणों में विघटित होने में सक्षम हैं।

परमाणुओं के नाभिक के प्रोटॉन में K, L, M परमाणु कोश वाले कुछ प्रकार के इलेक्ट्रॉनों को पकड़ने की क्षमता होती है। एक प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन कैप्चर पूरा करने के बाद, न्यूट्रॉन में बदल जाता है और परिणामस्वरूप एक न्यूट्रिनो छोड़ता है, और इलेक्ट्रॉन कैप्चर के परिणामस्वरूप बना "छेद" अंतर्निहित परमाणु परतों के ऊपर से इलेक्ट्रॉनों से भर जाता है।

गैर-जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम में, प्रोटॉन को एक सीमित जीवनकाल प्राप्त करना होगा जिसकी गणना की जा सकती है; यह अनरूह प्रभाव (विकिरण) के कारण है, जो क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में एक संदर्भ फ्रेम में थर्मल विकिरण के संभावित चिंतन की भविष्यवाणी करता है जो कि त्वरित होता है इस प्रकार के विकिरण का अभाव. इस प्रकार, एक प्रोटॉन, यदि इसका जीवनकाल सीमित है, तो बीटा क्षय से पॉज़िट्रॉन, न्यूट्रॉन या न्यूट्रिनो में गुजर सकता है, इस तथ्य के बावजूद कि इस तरह के क्षय की प्रक्रिया ZSE द्वारा निषिद्ध है।

रसायन विज्ञान में प्रोटॉन का उपयोग

प्रोटॉन एक H परमाणु है जो एकल प्रोटॉन से निर्मित होता है और इसमें कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है, इसलिए रासायनिक अर्थ में, एक प्रोटॉन H परमाणु का एक नाभिक होता है। एक प्रोटॉन के साथ जोड़ा गया न्यूट्रॉन एक परमाणु के नाभिक का निर्माण करता है। दिमित्री इवानोविच मेंडेलीव के पीटीसीई में, तत्व संख्या किसी विशेष तत्व के परमाणु में प्रोटॉन की संख्या को इंगित करती है, और तत्व संख्या परमाणु प्रभार द्वारा निर्धारित की जाती है।

हाइड्रोजन धनायन बहुत मजबूत इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता होते हैं। रसायन विज्ञान में, प्रोटॉन मुख्य रूप से कार्बनिक और खनिज एसिड से प्राप्त होते हैं। आयनीकरण गैस चरणों में प्रोटॉन के उत्पादन की एक विधि है।