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.
Скромный протон — ядро материальной вселенной. Его определяющие химию характеристики манипулируют группами электронов, которые превращают атомы в молекулы, а молекулы — в невероятное разнообразие веществ. Насколько нам известно, внутренняя структура протона представляет собой хаотичную смесь активности, которую ученые все еще пытаются расшифровать.
Исследователям в Соединенных Штатах удалось измерить движения крошечных фундаментальных частиц, называемых глюонами, которые удерживают протоны вместе. Ранее называвшееся гравитационным форм-фактором протонного глюона, 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 меры размера протона. Хотя эти значения не обязательно должны совпадать, различия между ними могут больше рассказать ученым о том, как работает протон.
«Радиус этой массовой структуры меньше, чем радиус заряда, и поэтому дает нам представление об иерархии масс по сравнению со структурой заряда нуклона», — пояснил Марк Джонс, старший научный сотрудник Института Томаса Джефферсона в Вирджинии. .
Поскольку глюоны не имеют ни заряда, ни массы, их необходимо измерять косвенно, например, по продуктам распада пар кварков и антикварков, известных как мезоны. В эксперименте использовался пучок электронов и пучок фотонов, проходящих через жидкий водород, что приводило к взаимодействиям, в результате которых возникал тип мезона, называемый частицей J/ψ.
Измерив высыпание 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 сосредоточена, и поэтому можно предположить, что часть глюонов может выходить за пределы массонесущих кварков, ограничивая их.
Но не обманывайтесь вездесущей природой протона. Его квантовые частицы появляются и исчезают способами, которые трудно отобразить. Более подробная информация о массе протона и структуре заряда поможет нашему фундаментальному пониманию частиц, из которых состоит окружающая нас Вселенная. Однако ученые признают, что это только первый шаг: новые результаты частично основаны на вышеупомянутых теоретических моделях плюс экспериментальные наблюдения, и до сих пор неясно, как именно распределяется масса протона и связана с глюонной активностью.
