شيمي مديون پروتون

 نوترون ها و پروتون ها از ذراتي ساخته شده اند كه كوارك هاي بالا و پايين ناميده مي شوند. هر پروتون شامل دو كوارك بالا و يك كوارك پايين است، در حالي كه هر نوترون داراي دو كوارك پايين و يك كوارك بالا است. كوارك هاي پايين كمي سنگين تر از كوارك هاي بالا هستند و به همين دليل وزن نوترون ها از پروتون ها بيشتر است. بار هر كوارك بالا برابر دوسوم بار مثبت است و هر كوارك پايين دقيقا يك سوم بار مثبت را با خود دارد. به همين دليل پروتون داراي يك بار الكتريكي مثبت است در حالي كه نوترون ها خنثي هستند و باري ندارند.

در عين حال ما هنوز هم جرم دقيق كوارك ها را نمي دانيم. به همين دليل دانشمندان سعي دارند ضمن آزمايشات مختلف جرم آنها را دريابند. در عين حال نظريه پردازان نيز سعي دارند قطعات حاصل از برخورد ذرات مختلف را بررسي كرده و سرعت انجام واكنش هاي مختلف را محاسبه كنند. آنها اميدوارند با اين روش بتوانند به ساختار يك هسته اتم دست نخورده دست يافته و دريابند چه ميزان از اختلاف در خواص كوارك هاي بالا و پايين از اختلاف جرمشان ناشي مي شود و چه مقدار از اين اختلاف به خاطر تفاوت در بارهاي الكتريكي است.

آنها اميدوارند با اين آزمايشات جرم دقيق كوارك ها را دريابند. بيراون كولك فيزيكدان نظري دانشگاه آريزونا مي گويد: «هم آزمايشات انجام شده و هم تفسيرهاي نظري ارائه شده در اين مورد بسيار پيچيده است و بنابراين لازم است هم از نتايج آزمايشات و هم تفسيرهاي نظري كمك گرفت و با تلفيق نتايج حاصل از اين آزمايشات اطلاعات مهمي در مورد جرم كوارك ها به دست آورد.» اختلاف بين كوارك هاي بالا و پايين به اين معني است كه اگر يك نوترون را به حال خود رها كنيم به يك پروتون تبديل مي شود. اما اين سرنوشت نهايي نوترون ها نبود.

اين ذرات با قرار گرفتن در كنار الكترون ها كه بار منفي دارند، مي توانند اتم هاي هيدروژن را به وجود آورند كه ماده سوختي اوليه ستارگان محسوب مي شود. ادوارد استفنسون كه يكي از فيزيكدانان دانشگاه اينديانا است مي گويد: «دنياي مملو از پروتون به اين معني است كه مقدار زيادي هيدروژن در اختيار داريم. بدون در اختيار داشتن پروتون، شيمي به آن صورتي كه امروز مي شناسيم، ممكن نبود.» البته بايد در نظر داشت همين اختلاف كم در جرم اين كوارك ها نتايج بسياري را در پي داشته است. اخيراً يك گروه از دانشمندان دانشگاه اينديانا دو هسته دوتريم را به هم برخورد دادند. دوتريم نوعي اتم هيدروژن است كه در هسته خود يك پروتون و يك نوترون دارد. گروهي ديگر نيز در دانشگاه اوهايو با استفاده از نوترون و پروتون واكنش همجوشي هسته اي انجام دادند. طي هر دو اين آزمايشات ذراتي حاصل شد كه آنها را پيون مي نامند.

اين دانشمندان معتقدند ايجاد پيون نشانه عدم تقارن بار است كه از اختلاف در اجزاي تشكيل دهنده پروتون ها و نوترون ها ناشي مي شود. اين اختلاف در جرم عامل اصلي تركيب اجزاي عالم است.