Ile kwarków jest w protonie?

Powinno być trzy. A ile jest? Tak na oko trzy, ale naprawdę dużo więcej tylko bardzo „rozcieńczonych”.

Kiedy mówimy o kwarkach, mówimy o obiektach kwantowych. Badania struktury protonów wskazują, że, co prawda, jest w nim około dwóch kwarków up (tzn. stanowią one 2/3 ~ 0.6) protonu i około jeden (~ 0.3) kwarku down, ale oprócz tego jest całe morze kwarków wirtualnych. Skąd one? Z glonów, które muszą być w protonie, aby wiązać trzy kwarki walencyjne.

I tu się kłania mechanika kwantowa, a właściwie elektrodynamika kwantowa. Tak jak próżnia nie jest próżna a wypełniona wirtualnymi fotonami (stąd się bierze mała, ale istotna poprawka do poziomów energetycznych atomu wodoru i stąd stosunek giromagnetyczny dla elektronu nie wynosi 2.0 ale 2.00012), tak glony w protonie generują wirtualne kwarki. Jak pokazują eksperymenty na akceleratorze Hera  w Hamburgu, wkład tych wirtualnych kwarków do masy (a właściwie pędu) protonu jest nie taki duży, ale za to jest tych kwarków (i glonów) całe mnóstwo!

Linki: https://www.europhysicsnews.org, https://dx.doi.org/10.1051/epn/2009703, https://www.europhysicsnews.org/articles/epn/pdf/2009/05/epn20095p21.pdf