Le proton a trois parties, deux quarks ascendants et un quark descendant… et les gluons que ces trois quarks échangent, c'est ainsi que la force (nucléaire) puissante fonctionne pour les empêcher de sortir.
Le monde du proton est totalement quantique, et il est donc entièrement décrit par une poignée de nombres, caractérisant son spin (un terme technique, à ne pas confondre avec le mot anglais courant; le spin du proton est 1/2), électrique charge (+1 e ou 1,602176487 (40) × 10-19 C), isospin (également 1/2) et parité (+1). Ces propriétés dérivent directement de celles des parties protoniques, les trois quarks; par exemple, le quark up a une charge électrique de +2/3 e, et le down -1/3 e, qui totalisent +1 e. Un autre exemple, la charge de couleur: le proton a une charge de couleur de zéro, mais chacun de ses trois quarks constitutifs a une charge de couleur non nulle - une est «bleue», une «rouge» et une «verte» - qui «somme» 'à zéro (bien sûr, la charge de couleur n'a rien à voir avec les couleurs que vous et moi voyons avec nos yeux!).
Murray Gell-Mann et George Zweig sont venus indépendamment avec l'idée que les parties du proton sont des quarks, en 1964 (bien que ce ne soit que plusieurs années plus tard que de bonnes preuves de l'existence de ces parties ont été obtenues). Gell-Mann a par la suite reçu le prix Nobel de physique pour cela et d'autres travaux sur les particules fondamentales (Zweig n'a pas encore reçu de prix Nobel).
La théorie quantique qui décrit l'interaction forte (ou force nucléaire forte) est la chromodynamique quantique, QCD pour faire court (nommée en partie d'après les «couleurs» des quarks), et cela explique pourquoi le proton a la masse qu'il possède. Vous voyez, la masse du quark up est d'environ 2,4 MeV (méga-électron-volts; les physiciens des particules mesurent la masse en MeV / c2), et la baisse est d'environ 4,8 MeV. Les gluons, comme les photons, sont sans masse, donc le proton devrait avoir une masse d'environ 9,6 MeV (= 2 x 2,4 + 4,8), non? Mais il s'agit en fait de 938 MeV! La QCD explique cette énorme différence par l'énergie du vide QCD à l'intérieur du proton; fondamentalement, l'énergie propre des interactions incessantes des quarks et des gluons.
Pour en savoir plus: The Physics of RHIC (Brookhaven National Lab), Comment les protons et les neutrons sont-ils maintenus ensemble dans un noyau?, Et Les protons et les neutrons sont-ils fondamentaux? (The Particle Adventure) sont trois bons endroits où aller!
Certains des articles de Space Magazine concernant les pièces de protons sont: le détecteur final en place au grand collisionneur de hadrons, les magasins cachés de deutérium découverts dans la voie lactée et une nouvelle étude révèle que la force fondamentale n'a pas changé au fil du temps.
Deux épisodes d'Astronomy Cast que vous ne voudrez pas manquer, sur les parties protoniques: The Strong and Weak Nuclear Forces, et Inside the Atom.
Sources:
Chem4Kids
Wikipédia
