นักฟิสิกส์เชิงทดลองได้รับความช่วยเหลือเพียงเล็กน้อย สล็อตเว็บตรง จากฟิสิกส์เชิงทฤษฎีเมื่อพยายามไขสปินของโปรตอนและความฉงนสนเท่ห์อื่นๆ “โปรตอนไม่ใช่สิ่งที่คุณคำนวณได้จากหลักการแรก” Aschenauer กล่าว โครโมไดนามิกของควอนตัมหรือ QCD – ทฤษฎีของแรงควาร์กคอร์รัลที่ส่งผ่านโดยกลูออน – เป็นสัตว์ร้ายที่ไม่เกะกะ มันซับซ้อนมากจนนักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถแก้สมการของทฤษฎีได้โดยตรง
ความยากลำบากอยู่ที่พฤติกรรมของพลังที่แข็งแกร่ง
ตราบใดที่ควาร์กและสหายของพวกมันอยู่ใกล้กัน พวกเขามีความสุขและสามารถบดโปรตอนได้ตามต้องการ แต่การหายไปทำให้หัวใจพองโต ยิ่งควาร์กห่างกันมากเท่าไหร่ แรงที่แข็งแกร่งก็จะดึงพวกมันกลับคืนมารวมกันโดยยึดไว้ภายในโปรตอนมากขึ้นเท่านั้น พฤติกรรมนี้อธิบายว่าทำไมจึงไม่มีใครพบควาร์กตัวเดียวที่แยกออกมา นอกจากนี้ยังทำให้คุณสมบัติของโปรตอนคำนวณได้ยากเป็นพิเศษ หากไม่มีการคำนวณทางทฤษฎีที่แม่นยำ นักวิทยาศาสตร์ก็ไม่สามารถคาดเดาได้ว่ารัศมีของโปรตอนควรเป็นอย่างไร หรือควรแบ่งสปินอย่างไร
เพื่อลดความซับซ้อนของคณิตศาสตร์ของโปรตอน นักฟิสิกส์ใช้เทคนิคที่เรียกว่า lattice QCD ซึ่งพวกเขาจินตนาการว่าโลกประกอบด้วยจุดตารางในอวกาศและเวลา ( SN: 8/7/04, p. 90 ) ควาร์กสามารถนั่งที่จุดใดจุดหนึ่งในตาราง แต่ไม่อยู่ในช่องว่างระหว่างนั้น เวลาก็ดำเนินไปแบบก้าวกระโดดเช่นเดียวกัน ในสถานการณ์เช่นนี้ QCD สามารถจัดการได้มากขึ้น แม้ว่าการคำนวณยังคงต้องการซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลัง
การคำนวณ Lattice QCD ของการหมุนของโปรตอนกำลังคืบหน้า แต่ก็ยังมีความไม่แน่นอนอยู่มาก ในปี 2015 Keh-Fei Liu นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและฟิสิกส์นิวเคลียร์และเพื่อนร่วมงานได้คำนวณการมีส่วนร่วมของการหมุนจากกลูออน ควาร์ก และโมเมนตัมเชิงมุมของควาร์ก โดยรายงานผลใน การทบทวน ทางกายภาพ D จากการคำนวณ ประมาณครึ่งหนึ่งของสปินมาจากการเคลื่อนที่ของควาร์กภายในโปรตอน ประมาณหนึ่งในสี่จากสปินของควาร์ก โดยไตรมาสสุดท้ายหรือประมาณนั้นมาจากกลูออน ตัวเลขไม่ตรงกับการวัดในการทดลองทุกประการ แต่ก็เข้าใจได้ — ตัวเลข QCD ขัดแตะยังคลุมเครืออยู่ การคำนวณอาศัยการประมาณแบบต่างๆ ดังนั้นจึง “ไม่ได้ถูกโยนลงไปในหิน” หลิวแห่งมหาวิทยาลัยเคนตักกี้ในเล็กซิงตันกล่าว
การตายของโปรตอน
แม้ว่าโปรตอนจะดูเหมือนมีชีวิตอยู่ตลอดไป แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังตั้งคำถามถึงความเป็นอมตะนั้นมานานแล้ว ทฤษฎีที่ได้รับความนิยมบางทฤษฎีทำนายว่าโปรตอนสลายตัว สลายตัวเป็นอนุภาคอื่นๆ ในช่วงเวลาที่ยาวนาน แม้จะมีการค้นหาอย่างกว้างขวาง แต่ก็ไม่มีคำใบ้ของการตายนี้เกิดขึ้น
ประเภทของความคิดที่เรียกว่าทฤษฎีเอกภาพอันยิ่งใหญ่ทำนายว่าโปรตอนจะยอมจำนนในที่สุด ทฤษฎีเหล่านี้รวมพลังแห่งธรรมชาติสามอย่างเข้าด้วยกัน สร้างกรอบการทำงานเดียวที่สามารถอธิบายแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อย่างแรง และแรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ ซึ่งมีหน้าที่ในการสลายกัมมันตภาพรังสีบางประเภท (แรงที่สี่ของธรรมชาติคือ แรงโน้มถ่วง ยังไม่รวมอยู่ในแบบจำลองเหล่านี้) ภายใต้ทฤษฎีที่รวมกันเป็นหนึ่งดังกล่าว แรงทั้งสามจะมีจุดแข็งเท่ากันด้วยพลังงานที่สูงมาก สภาพที่มีพลังดังกล่าวมีอยู่ในเอกภพยุคแรก – ก่อนที่โปรตอนจะก่อตัว – เพียงหนึ่งในล้านล้านจากล้านล้านในล้านล้านวินาทีหลังจากบิ๊กแบง เมื่อจักรวาลเย็นตัวลง แรงเหล่านั้นจะแยกออกเป็นสามแง่มุมที่นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นในปัจจุบัน
Kaladi Babu นักฟิสิกส์ด้านทฤษฎีพลังงานสูงแห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอคลาโฮมาในสติลวอเตอร์กล่าวว่า “เรามีหลักฐานมากมายที่แสดงว่าต้องมีการรวมกันเป็นหนึ่ง นอกเหนือจากความน่าดึงดูดใจของการรวมพลังแล้ว ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่สามารถอธิบายความบังเอิญที่แปลกประหลาดบางประการของฟิสิกส์ได้ เช่น ความจริงที่ว่าประจุไฟฟ้าของโปรตอนสร้างสมดุลให้กับประจุของอิเล็กตรอนได้อย่างแม่นยำ โบนัสอีกประการหนึ่งคืออนุภาคในทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่จะเติมแผนภูมิต้นไม้ครอบครัว โดยที่ควาร์กกลายเป็นเครือญาติของอิเล็กตรอนเป็นต้น
ภายใต้ทฤษฎีเหล่านี้ โปรตอนที่สลายตัวจะสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นๆ เช่น โพซิตรอน (รุ่นปฏิสสารของอิเล็กตรอน) และอนุภาคที่เรียกว่า ไพออน ซึ่งประกอบด้วยควาร์กและแอนติควาร์ก ซึ่งตัวมันเองสลายไปในที่สุด หากทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่เช่นนี้ถูกต้องและโปรตอนสลายตัว กระบวนการนี้จะต้องหายากมาก โดยเฉลี่ยแล้วโปรตอนจะต้องอยู่ได้นานมากก่อนที่จะสลายตัว หากโปรตอนส่วนใหญ่สลายตัวอย่างรวดเร็ว อะตอมก็จะอยู่ได้ไม่นานเช่นกัน และสสารที่ประกอบเป็นดาว ดาวเคราะห์ แม้แต่ร่างกายมนุษย์ ก็จะกระจัดกระจายไปทางซ้ายและขวา
โปรตอนมีอยู่ 13,800 ล้านปี นับตั้งแต่เกิดหลังบิ๊กแบง ดังนั้นพวกเขาจึงต้องมีอายุยืนยาวโดยเฉลี่ย แต่อนุภาคอาจพินาศในระยะเวลาที่ยาวนานกว่านั้น หากเป็นเช่นนั้น นักวิทยาศาสตร์ควรจะสามารถตรวจสอบอนุภาคจำนวนมากได้ในคราวเดียว เพื่อดูว่าโปรตอนสองสามตัวกัดฝุ่นข้างหน้าเส้นโค้ง ( SN: 12/15/79, p. 405 ) แต่การค้นหาโปรตอนที่กำลังสลายกลับว่างเปล่าจนถึงตอนนี้
อย่างไรก็ตาม การค้นหายังคงดำเนินต่อไป ในการล่าโปรตอนที่กำลังสลายตัว นักวิทยาศาสตร์ต้องลงลึกลงไปใต้ดิน เช่น ไปที่เหมืองในเมืองฮิดะ ประเทศญี่ปุ่น ที่การทดลอง Super-Kamiokande ( SN: 2/18/17, p. 24 ) พวกเขาตรวจสอบถังน้ำขนาดยักษ์ – มูลค่า 50,000 เมตริกตัน – รอให้โปรตอนตัวเดียวกระพริบตา หลังจากเฝ้าดูถังเก็บน้ำนั้นมาเกือบสองทศวรรษแล้ว นักวิทยาศาสตร์รายงานในวันที่ 1 มกราคมPhysical Review Dว่าโปรตอนจะต้องมีอายุยืนยาวโดยเฉลี่ยมากกว่า 1.6 × 10 34ปี โดยสมมติว่าพวกมันสลายตัวเป็นโพซิตรอนและไพออนเป็นส่วนใหญ่
การทดลองจำกัดอายุโปรตอน “เป็นการแต่งแต้มให้นักทฤษฎีอยู่ในมุมหนึ่ง” เอ็ด เคิร์นส์แห่งมหาวิทยาลัยบอสตัน ผู้ซึ่งค้นหาการสลายตัวของโปรตอนด้วย Super-K กล่าว หากทฤษฎีใหม่ทำนายอายุการใช้งานของโปรตอนสั้นกว่าที่ Super-K วัดได้ ถือว่าผิด นักฟิสิกส์ต้องกลับไปที่กระดานวาดภาพจนกว่าพวกเขาจะคิดทฤษฎีที่สอดคล้องกับความแห้งแล้งของโปรตอนสลายตัวของ Super-K สล็อตเว็บตรง / ต้นไม้มงคล
