De massa van een proton heeft niets te maken met zijn grootte

Natuurkundigen weten al tientallen jaren dat het proton geen elementair deeltje is. Het bestaat uit drie quarks. In feite verbergt het een veel complexere structuur. Een structuur die onderzoekers blijven onderzoeken in de hoop beter te begrijpen hoe materie op zo’n kleine schaal samenkomt.

Een van de mysteries die overblijft, is dat de massa van een proton veel groter is dan men normaal zou verwachten, dat wil zeggen, de som van de massa’s van zijn drie quarks. Omdat het proton eigenlijk veel van zijn massa krijgt van de kracht die de quarks bij elkaar houdt. Een kracht gedragen door wat natuurkundigen gluonen noemen. Het is vandaag dat deel van de massa van een proton onderzoekers van Thomas Jefferson National Accelerator-faciliteit (Verenigde Staten) weten te lokaliseren.

De resultaten worden gevalideerd door andere experimenten

Tijdens hun experiment vuurden de natuurkundigen energetische elektronen af ​​op een kleine klomp koper in een deeltjesversneller. En dus genereerden ze een straal fotonen die botste met protonen ingebed in vloeibare waterstof. Miljarden interacties later konden de onderzoekers eindelijk licht werpen op de massa gevormd door de protongluonen. Binnen een straal die kleiner is dan de elektrische ladingsverdeling, wordt meestal aangenomen dat het de grootte van een proton bepaalt.

Wat dit werk in het bijzonder onthult, is dat quarks, die de lading van een proton dragen, regelmatig buiten het actiegebied van gluonen moeten reizen, wiens rol het niettemin is om ze bij elkaar te houden. Nog verrassender is dat natuurkundigen nu speculeren dat er een derde belangrijke grootheid is voor het proton. Een derde straal definieert een soort massieve halo rond het deeltje. Maar om dit te verifiëren, zullen ze meer experimenten moeten uitvoeren.