Ученые заглянули «под капот» протона и обнаружили, что он полон хаоса и аномалий

Новый эксперимент проливает свет на загадочные свойства протона, раскрывая больше информации о внутренностях частицы и о том, как устроена сама материя в мельчайших масштабах.
Ученые заглянули «под капот» протона и обнаружили, что он полон хаоса и аномалий
Argonne National Laboratory

Скромный протон — стержень материальной Вселенной. Его характеристики определяют химию, управляя группами электронов, которые превращают атомы в молекулы, а молекулы — в невероятное многообразие веществ. Насколько нам известно, внутренняя структура протона представляет собой хаотичную смесь активности, которую ученые все еще пытаются расшифровать.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Исследователи со всех концов США смогли измерить движения крошечных фундаментальных частиц, называемых глюонами, которые удерживают протоны вместе. Ранее называвшееся глюонным гравитационным форм-фактором протона, это измерение действует как своего рода окно в структуру массы положительно заряженной ядерной частицы.

Команда обнаружила, что радиус массы протона отличается от радиуса, покрывающего распределение его электрического заряда, который часто используется в качестве показателя размера протона. Хотя эти значения не обязательно должны совпадать, различия между ними могут рассказать ученым больше о том, как устроен протон.

«Радиус этой массовой структуры меньше, чем радиус заряда, и поэтому он как бы дает нам представление об иерархии массы по сравнению с зарядовой структурой нуклона», — пояснил Марк Джонс, старший научный сотрудник Института Томаса Джефферсона в Вирджинии.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Поскольку у глюонов нет заряда и массы, их измерения необходимо проводить косвенно, например, по продуктам распада пар кварков и антикварков, известных как мезоны. В эксперименте использовался электронный пучок и фотонный пучок, проходящий через жидкий водород, что привело к взаимодействиям, в результате которых образовался тип мезона, называемый частицей J/ψ.

Измерив выпадение частиц J/ψ и сравнив результаты с теоретическими моделями, ученые рассчитали различные распределения массы и электрического заряда внутри протона.

Больший радиус электрического заряда означает, что масса протона сконцентрирована, а потому можно предположить, что некоторые из глюонов могут выходить за пределы кварков, несущих массу, тем самым ограничивая их.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Но не позволяйте вездесущей природе протона обмануть вас. Его квантовые частицы появляются и исчезают таким образом, что это сложно картировать. Более точная информация о структуре массы и заряда протона поможет нашему фундаментальному пониманию частиц, которые составляют Вселенную вокруг нас. Однако ученые признают, что это лишь первый шаг: новые результаты частично основаны на теоретических моделях, упомянутых в дополнение к экспериментальным наблюдениям, и пока не ясно, как именно распределяется масса протона и связана с глюонной активностью.