شیمی مدیون پروتون

نوترون‌ها و پروتون‌ها از ذراتی ساخته شده‌اند که کوارک‌های بالا و پایین نامیده می‌شوند. هر پروتون شامل دو کوارک بالا و یک کوارک پایین است، در حالی که هر نوترون دارای دو کوارک …

نوترون‌ها و پروتون‌ها از ذراتی ساخته شده‌اند که کوارک‌های بالا و پایین نامیده می‌شوند. هر پروتون شامل دو کوارک بالا و یک کوارک پایین است، در حالی که هر نوترون دارای دو کوارک پایین و یک کوارک بالا است. کوارک‌های پایین کمی سنگین‌تر از کوارک‌های بالا هستند و به همین دلیل وزن نوترون‌ها از پروتون‌ها بیشتر است. بار هر کوارک بالا برابر دوسوم بار مثبت است و هر کوارک پایین دقیقا یک سوم بار مثبت را با خود دارد. به همین دلیل پروتون دارای یک بار الکتریکی مثبت است در حالی که نوترون‌ها خنثی هستند و باری ندارند. در عین حال ما هنوز هم جرم دقیق کوارک‌ها را نمی‌دانیم. به همین دلیل دانشمندان سعی دارند ضمن آزمایشات مختلف جرم آنها را دریابند. در عین حال نظریه پردازان نیز سعی دارند قطعات حاصل از برخورد ذرات مختلف را بررسی کرده و سرعت انجام واکنش‌های مختلف را محاسبه کنند. آنها امیدوارند با این روش بتوانند به ساختار یک هسته اتم دست نخورده دست یافته و دریابند چه میزان از اختلاف در خواص کوارک‌های بالا و پایین از اختلاف جرمشان ناشی می‌شود و چه مقدار از این اختلاف به خاطر تفاوت در بارهای الکتریکی است. آنها امیدوارند با این آزمایشات جرم دقیق کوارک‌ها را دریابند. بیراون کولک فیزیکدان نظری دانشگاه آریزونا می‌گوید: «هم آزمایشات انجام شده و هم تفسیرهای نظری ارائه شده در این مورد بسیار پیچیده است و بنابراین لازم است هم از نتایج آزمایشات و هم تفسیرهای نظری کمک گرفت و با تلفیق نتایج حاصل از این آزمایشات اطلاعات مهمی در مورد جرم کوارک‌ها به دست آورد.» اختلاف بین کوارک‌های بالا و پایین به این معنی است که اگر یک نوترون را به حال خود رها کنیم به یک پروتون تبدیل می‌شود. اما این سرنوشت نهایی نوترون‌ها نبود.

این ذرات با قرار گرفتن در کنار الکترون‌ها که بار منفی دارند، می‌توانند اتم‌های هیدروژن را به وجود آورند که ماده سوختی اولیه ستارگان محسوب می‌شود. ادوارد استفنسون که یکی از فیزیکدانان دانشگاه ایندیانا است می گوید: «دنیای مملو از پروتون به این معنی است که مقدار زیادی هیدروژن در اختیار داریم. بدون در اختیار داشتن پروتون، شیمی به آن صورتی که امروز می شناسیم، ممکن نبود.» البته باید در نظر داشت همین اختلاف کم در جرم این کوارک‌ها نتایج بسیاری را در پی داشته است. اخیراً یک گروه از دانشمندان دانشگاه ایندیانا دو هسته دوتریم را به هم برخورد دادند. دوتریم نوعی اتم هیدروژن است که در هسته خود یک پروتون و یک نوترون دارد. گروهی دیگر نیز در دانشگاه اوهایو با استفاده از نوترون و پروتون واکنش همجوشی هسته‌ای انجام دادند. طی هر دو این آزمایشات ذراتی حاصل شد که آنها را پیون می‌نامند.

این دانشمندان معتقد هستند ایجاد پیون نشانه عدم تقارن بار است که از اختلاف در اجزای تشکیل دهنده پروتون‌ها و نوترون‌ها ناشی می‌شود. این اختلاف در جرم عامل اصلی ترکیب اجزای عالم است.