Στους πυρήνες όλων των ατόμων, θα βρούμε πρωτόνια τα οποία όμως δεν είναι θεμελιώδη σωματίδια. Αποτελούνται από τρία κουάρκ που συγκρατούνται μεταξύ τους από την ισχυρή πυρηνική δύναμη. Η δύναμη που συγκρατεί το πρωτόνια, είναι πολύ ισχυρότερη από οποιαδήποτε ηλεκτρομαγνητική δύναμη και πολύ πιο έντονη από την βαρυτική έλξη μεταξύ των σωματιδίων. Τώρα, έρχεται μια νέα μελέτη, που χαρτογραφεί την ένταση της δύναμης που κρατάει τα πρωτόνια ενωμένα, δείχνοντας πόσο ισχυρές είναι αυτές οι δυνάμεις. Βρήκαν πως οι δυνάμεις μέσα στα πρωτόνια που τα συγκρατούν σε συνοχή, φτάνουν μέχρι και 500.000 Newton, δηλαδή περίπου το αντίστοιχο 50 τόνων.
Αυτό είναι περίπου το 4 τοις εκατό της ώθησης του διαστημικού λεωφορείου ή της δύναμης που δέχεται η ζώνη ασφαλείας εάν πέσουμε σε έναν τοίχο με ταχύτητα 100 χιλιομέτρων την ώρα. Δεδομένου ότι το βάρος είναι επίσης μια δύναμη, η αλληλεπίδραση ισοδυναμεί με το βάρος 10 ελεφάντων, 5 τηλεσκοπίων Hubble ή πιο απλά το βάρος 5 σχολικών λεωφορείων. Μιλάμε για μια απίστευτη δύναμη σε τόσο μικρή κλίμακα!
«Τα ευρήματά μας αποκαλύπτουν ότι ακόμη και σε αυτές τις μικροσκοπικές κλίμακες, οι δυνάμεις που εμπλέκονται είναι τεράστιες, φτάνοντας έως και μισό εκατομμύριο Newton, που ισοδυναμεί με περίπου 10 ελέφαντες, συμπιεσμένους σε χώρο πολύ μικρότερο από έναν ατομικό πυρήνα», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Joshua Crawford, από το Πανεπιστήμιο της Αδελαΐδας.
«Αυτοί οι χάρτες δυνάμεων παρέχουν έναν νέο τρόπο κατανόησης της περίπλοκης εσωτερικής δυναμικής του πρωτονίου, βοηθώντας να εξηγηθεί γιατί συμπεριφέρεται έτσι σε συγκρούσεις υψηλής ενέργειας, όπως αυτές στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, και σε πειράματα που διερευνούν τη θεμελιώδη δομή της ύλης».
Στην παρούσα φάση, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κουάρκ σε ένα πρωτόνιο και μεταξύ των κουάρκ σε άλλα πρωτόνια και νετρόνια μέσα στους ατομικούς πυρήνες, είναι πολύ δύσκολο να μοντελοποιηθούν. Για να μπορέσει να κάνει το πρόβλημα πιο σαφές, η ομάδα αναγκάστηκε να χρησιμοποιήσει μια πιο πολύπλοκη τεχνική.
«Χρησιμοποιήσαμε μια ισχυρή υπολογιστική τεχνική που ονομάζεται δικτυωτή κβαντική χρωμοδυναμική για να χαρτογραφήσουμε τις δυνάμεις που δρουν μέσα σε ένα πρωτόνιο», πρόσθεσε ο συν-συγγραφέας αναπληρωτής καθηγητής Ross Young, επίσης στο Πανεπιστήμιο της Αδελαΐδας.
«Αυτή η προσέγγιση διασπά τον χώρο και τον χρόνο σε ένα λεπτό πλέγμα, επιτρέποντάς μας να προσομοιώσουμε πώς η ισχυρή δύναμη – η θεμελιώδης αλληλεπίδραση που δεσμεύει τα κουάρκ σε πρωτόνια και νετρόνια – ποικίλλει σε διαφορετικές περιοχές μέσα στο πρωτόνιο».
Η NASA προειδοποιεί: Η Γη καταρρέει κάτω από τα πόδια μας και οι πόλεις βυθίζονται
Μπορεί η κατανόηση της εσωτερικής δομής των πρωτονίων να είναι κυρίως θεωρητική, όμως μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε καλύτερα τι συμβαίνει στα πειράματα με συγκρούσεις σωματιδίων. Όμως, υπάρχουν και πιο πρακτικές χρήσης, όπως οι εφαρμογές με δέσμες πρωτονίων.
«Καθώς οι ερευνητές συνεχίζουν να αποκαλύπτουν την εσωτερική δομή του πρωτονίου, η μεγαλύτερη διορατικότητα μπορεί να βοηθήσει να βελτιώσουμε τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούμε τα πρωτόνια σε τεχνολογίες αιχμής», είπε ο Young. «Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η θεραπεία με πρωτόνια, η οποία χρησιμοποιεί πρωτόνια υψηλής ενέργειας για να στοχεύσει με ακρίβεια τους όγκους, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τη βλάβη στον περιβάλλοντα ιστό.
«Όπως οι πρώιμες ανακαλύψεις στην κατανόηση του φωτός άνοιξαν το δρόμο για τα σύγχρονα λέιζερ και την απεικόνιση, η ανάπτυξη των γνώσεών μας για τη δομή των πρωτονίων θα μπορούσε να διαμορφώσει την επόμενη γενιά εφαρμογών στην επιστήμη και την ιατρική».
Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό Physical Review Letters.
