Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
Протон і нейтрон дуже схожі за властивостями, за винятком того, що протон має додатний заряд, а нейтрон електрично нейтральний. Маса нейтрона лише приблизно на 0,1% більша за масу протона. Обидві частинки мають спін ½. Протон-протонні, протон-нейтронні й нейтрон-нейтронні міжнуклонні сили, що діють на малих відстанях, по суті однакові. Усі ці факти кілька років тому привели до уявлення про те, що протон і нейтрон — просто два стани однієї частинки — нуклона.
У підрозд. 20.1 було зазначено, що електрон в атомі може мати дві орієнтації спіну щодо напрямку магнітного поля або ж дві орієнтації вектора моменту імпульсу по орбіталі. Ці два напрямки, що їх позначають +½ і −½ відповідно, утворюють, як прийнято називати, дублет. Такий дублет пов'язаний зі спіновим квантовим числом ½. Звідси випливає, що протон і нейтрон можуть становити електричний зарядовий дублет. Висловлювалося припущення, що нуклонові внутрішньо властивий електричний заряд, за величиною рівний +½ (в одиницях e), і вектор електричного заряду, за величиною рівний ½, здатний набувати двох орієнтацій (але не у звичайному тривимірному просторі, а в деякому абстрактному просторі), і, таким чином, він або вносить внесок +½ у кінцевий заряд, що дає протон, або вносить внесок −½, що дає нейтрон. Згідно з цим уявленням, протон і нейтрон утворюють два стани електричного зарядового дублета деякого нуклона з притаманним йому зарядом +½ і електричним вектором ½. Аналогічно антипротон і антинейтрон утворюють два стани антиречовини відповідного типу — антинуклона з внутрішньо притаманним йому зарядом −½ і електричним вектором ½.
У 1961 р. Роберт Гофштадтер і його співробітники зі Стенфордського університету, а також група дослідників Корнеллського університету опублікували деякі експериментальні результати, що підтверджують таке уявлення про протон і нейтрон. Ці фізики вивчали розсіяння швидких електронів протонами й нейтронами й на підставі одержаних даних змогли встановити розподіл електричного заряду в протоні й нейтроні.
Вони вважають, що як протон, так і нейтрон можна описати, прийнявши, що вони складаються з центральної сфери додатного заряду, який має величину трохи менше 0,5 e, причому радіус такої сфери становить близько 0,3 фм. Така сфера оточена оболонкою з радіусом близько 1 фм з додатним зарядом +½ e у випадку протона й від'ємним зарядом −½ e у випадку нейтрона. Крім того, протон і нейтрон мають ніби обрамлення — зовнішню оболонку з додатної електрики приблизно 0,15 e, що простягається на відстань близько 1,5 фм.
Можливо, що таке обрамлення являє собою короткоживучі мезони, які визначають механізм виникнення сильної взаємодії між нуклонами. Якщо виключити таку хмару мезонів, що оточує нуклон, то нуклон можна описати в двох його станах (протон і нейтрон) таким чином: він складається з центрального сферичного додатного заряду +½ e, який можна ототожнити із зарядом, внутрішньо притаманним нуклону, і оболонки +½ e для протона й −½ e для нейтрона, що являє собою компоненту електричного вектора.
Такі висновки про структуру нуклона дають змогу сподіватися на великі успіхи в майбутньому, які приведуть до розуміння фундаментальних основ Всесвіту.
Відомий і ряд інших зарядових дублетів, що відповідають двом компонентам електричного вектора ½ (званого також ізотопічним спіном). Крім того, як показують дані таблиць, наведених у наступних підрозділах, є ряд зарядових триплетів — груп із трьох частинок з досить близькими властивостями, за винятком електричного заряду (+1, 0 і −1). Ці зарядові триплети можна вважати трьома станами однієї частинки з електричним вектором 1, який може мати компоненту +1, 0 і −1. Такий триплет утворюють три піони π+, π0, π− (підрозд. 20.9).