Koostumusprotonien

Koostumusprotonien kuvaa protonin rakenne ja sen ominaisuuksien perusta kvanttivärivuorovaikutuksessa (QCD). Protonit ovat baryoneita, joiden keskeinen rakenne koostuu kvarkeista ja gluoneista. Protoni koostuu kolmesta valenss kvarkista: kaksi u-kvarkkia ja yksi d-kvarkki, joiden yhteenlaskettu sähkövaraus on +1. Valenss kvarkkien lisäksi protonissa esiintyy kvarkki-antiquark -pareja sekä gluoneja, jotka syntyvät kvanttikromodynaamisen fluktuaation seurauksena. Näin protonin sisältö on sekä valenss kvarkkeja että merkkikvarkkeja ja gluoneja, joiden vuorovaikutus määrittää protonin massan, varauksen ja muut ominaisuudet.

Protonin massan syntyyn suurin osa tulee kvarkkien ja gluonien liikkeen ja vuorovaikutusten energiasta, eikä pelkästään kvarkkien nykyisistä massoista. U- ja d-kvarkkien nykyiset massat ovat vain muutamia MeV, kun taas protonin massa on noin 938 MeV. Protonin spinni on 1/2 ja se jakautuu kvarkkien spinnin, gluonien spinnin sekä kvarkkien orbitalisen liikkeen kesken. Kvarkkien spinin osuus on osoittanut olla vain osa kokonaisuudesta, mikä on johtanut spinikriisiin.

Protonin rakenne voidaan kuvailla osittaisjakautumisfunktioilla (PDF), jotka kertovat, kuinka paljon protonin momenttia kantavat eri kvarkit ja gluonit. PDF:t riippuvat mittaustasosta ja Q^2:sta. Näitä rakenteellisia tietoja on kartoitettu syvällisessä inelastic scatterissa sekä kokeissa (SLAC, EMC, HERA, LHC) ja teoreettisesti Lattice QCD -laskennoilla.