Kwarksamestelling van ’n nukleon

Proton

Proton (p): uud

Neutron
Neutron (n): udd

Antiproton
Antiproton (p): uud

Antineutron
Antineutron (n): udd

’n Proton (p) is saamgestel uit twee opkwarke (u) en ’n afkwark (d): uud. ’n Neutron (n) het een opkwark (u) en twee afkwarke (d): udd. ’n Antiproton (p) het twee op-antikwarke (u) en ’n af-antikwark (d): uud. ’n Antineutron (n) het ’n op-antikwark (u) en twee af-antikwarke (d): udd. Die kleure van individuele kwarke is arbitrêr, maar al die kleure (rooi, groen en blou) moet teenwoordig wees.

**Nukleon** is die versamelnaam van neutrone en protone in fisika en chemie. Albei maak deel van die atoomkern uit. Die getal nukleone in ’n kern bepaal ’n isotoop se massagetal.

Tot die 1960's is nukleone beskou as elementêre deeltjies, wat nie uit kleiner deeltjies bestaan nie. Nou is dit bekend dat hulle saamgestelde deeltjies is wat uit kwarke bestaan wat deur die sogenaamde sterk wisselwerking gebind word. Die wisselwerkings tussen twee of meer nukleone word internukleonwisselwerkings of kernkrag genoem, wat ook deur die sterk wisselwerking meegebring word. (Voor die ontdekking van kwarke het die term "sterk wisselwerking" net na internukleonwisselwerkings verwys.)

Nukleons val op die grens waar deeltjiefisika en kernfisika oorvleuel. Deeltjiefisika, veral kwantumchromodinamika, verskaf die basiese vergelykings wat die eienskappe van kwarke en die sterk wisselwerking verduidelik. Hierdie vergelykings verduidelik kwantitatief hoe kwarke saam kan bind in protone en neotrone (en al die ander hadrone). Wanneer meervoudige nukleone egter saam voorkom in ’n atoomkern (nuklied), word hierdie basiese vergelykings te moeilik om regstreeks op te los. In plaas daarvan word nukleone bestudeer in kernfisika, die veld van nukleone en hul wisselwerkings deur middel van benaderings en modelle soos die kernskilmodel. Hierdie modelle kan nuklied-eienskappe suksesvol verduidelik, soos byvoorbeeld of ’n spesifieke nuklied radioaktiewe verval ondergaan of nie.

Die proton en neutron is albei barione en fermione. Die proton het ’n positiewe elektriese lading en die neutron ’n lading van nul; die proton se massa is net sowat 0,13% of minder van dié van die neutron. Hulle kan dus beskou word as twee toestande van dieselfde nukleon, en saam vorm hulle ’n isospindoeblet (*I* = 1⁄2). In isospinruimte kan neutrone in protone omgesit word deur SU(2)-simmetrieë, en omgekeerd.

Oorsig
------

### Eienskappe

’n Atoomkern word hier gewys as ’n kompakte bondel van die twee soorte nukleone, protone (rooi) en neutrone (blou). Op dié skets is die protone en neutrone losstaande, wat die konvensionele siening in byvoorbeeld chemie is. In ’n werklike kern, soos verstaan in moderne kernfisika, is die nukleone gedeeltelik gedelokaliseer en organiseer hulle hulself volgens die wette van kwantumchromodinamika.
Protone en neutrone is die bekendste vir hul rol as nukleone, dus as die komponente van atoomkerns, maar hulle bestaan ook as vrye deeltjies. Vrye neutrone is onstabiel, met ’n halveertyd van sowat 13 minutes, maar hulle kom algemeen in die natuur voor en het belangrike toepassings (neutronbestraling, neutronverspreiding). Enkelprotone, wat nie aan ander nukleone gebind is nie, word gewoonlik beskou as die kerns van waterstofatome of -ione, maar in sommige buitengewone gevalle (kosmiese strale, protonstrale) kan hulle as vrye protone beskou word.

Nie die proton of neutron is elementêre deeltjies nie, want hulle bestaan elk uit drie kwarke. ’n Proton bestaan uit twee opkwarke en ’n afkwark, en ’n neutron uit ’n opkwark en twee afkwarke. Kwarke word bymekaargehou deur die sterk wisselwerking (of sterk krag), of ekwivalent daaraan deur gluone, wat die sterk krag bemiddel.

’n Opkwark het ’n elektriese lading +2⁄3 *e*, en ’n afkwark het ’n lading -1⁄3 *e*. Die gesamentlike lading van ’n proton en ’n neutron is dus onderskeidelik +1 *e* en 0. Die neutron is dus elektries neutraal, vandaar sy naam.

Die massa van die proton en neutron is baie dieselfde: Die proton s’n is 1,6726×10−27 kg, of 938,27 MeV/*c*2, en die neutron s’n 1,6749×10−27 kg, of 939,57 MeV/*c*2. Die neutron is rofweg 0,13% swaarder. Die effense verskil kan verduidelik word aan die hand van die verskille in massa van die op- en afkwarke.

Albei deeltjies se spin is 1⁄2, wat beteken albei is fermione, en nes elektrone (en anders as bosone), onderworpe aan die uitsluitingsbeginsel van Pauli, ’n baie belangrike verskynsel in kernfisika: Protone en neutrone in ’n atoomkern kan nie almal in dieselfde kwantumtoestand wees nie; hulle sprei uit in kernskille analoog aan die elektronskille in chemie. 

Die magnetiese moment van ’n proton, wat as μp aangedui word, is 2,79 kernmagneton (μN) en dié van die neutron μn = −1,91 μN.

### Stabiliteit

’n Neutron in ’n vry toestand is ’n onstabiele deeltjie, met ’n halveertyd van sowat 13 minute. Dit ondergaan β--verval (’n soort radioaktiewe verval) deur in ’n proton te verander terwyl dit ’n elektron en ’n elektron-antineutrino vrystel. ’n Proton wat alleen voorkom, is vermoedelik stabiel of het andersins so ’n lang leeftyd dat dit te lank is om te meet. 

In ’n kern kan gebonde protone en neutrone egter stabiel of onstabiel wees na gelang van die nuklied, of kernspesie. In sommige nukliede kan ’n neutron in ’n proton verander (en ander deeltjies produseer) soos bo beskryf; die omgekeerde kan ook voorkom, waar ’n proton in ’n neutron verander (en ook ander deeltjies produseer) deur β+-verval, of elektronvangs. In ander nukliede is albei deeltjies stabiel en verander hulle nie van vorm nie.

### Antinukleone

Albei nukleone het ooreenstemmende antideeltjies: die antiproton en antineutron, wat dieselfde massa en teenoorgestelde lading as die proton en neutron het. Hul wisselwerking is dieselfde. In besonder kan antinukleone in ’n "antikern" bind. Tot dusver het wetenskaplikes antideuterium- en antihelium-3-kerns geskep.

### Tabel van eienskappe

Nukleone (*I = 1⁄2; S = C = B' = 0*)| Deeltjie | Simbool | Kwark-inhoud | Massa (MeV/c | Mass (u) | *I3* | *J**P* | *Q* (*e*) | Gemiddelde leeftyd (s) | Verval gewoonlik in |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Proton | p / p+ / N+ | uud | 0938.272013 !938,272013±0,000023 | 1.00727646688 !1,00727646677±0,00000000010 | 0.5 !+1⁄2 | 0.5 !1⁄2+ | 1 !+1 | +10 !Stabiel | Nie waargeneem |
| Neutron | n / n0 / N0 | udd | 0939.565346 !939,565346±0,000023 | 1.00866491560 !1,00866491597±0,00000000043 | -0.5 !-1⁄2 | 0.5 !1⁄2+ | 0 | +2 !8,857±0,008×102 | p + e− + νe |
| Antiproton | p / p− / N− | uud | 0938.272013 !938,272013±0,000023 | 1.00727646688 !1,00727646677±0,00000000010 | -0.5 !-1⁄2 | 0.5 !1⁄2+ | -1 !−1 | +10 !Stabiel | Nie waargeneem |
| Antineutron | n / n0 / N0 | udd | 0939.565346 !939,485±0,051 | 1.00866491560 !1,00866491597±0,00000000043 | 0.5 !+1⁄2 | 0.5 !1⁄2+ | 0 | +2 !8,857±0,008×102 | p + e+ + νe |

1. ↑  Die massa van die proton en neutron is baie meer presies in atoommassaeenhede (u) as in MeV/c2 vanweë die relatief onbekende waarde van die elementêre lading.
2. 1 2  Minstens 1035 jaar.
3. 1 2  Vir vrye neutrone; in die algemeenste kerns is neutrone stabiel.