Физики только что узнали кое-что важное о протоне

Физику в мельчайших масштабах сложно наблюдать: частицы часто непостоянны, а силы, управляющие их поведением, почти незаметны. Но теперь, используя данные десятилетней давности и предсказания 50-летней давности о влиянии гравитации на субатомные частицы, группа физиков получила оценку второго механического свойства протона.

Давайте на мгновение замедлим темп. Протон — это частица, образующая атом с нейтронами и электронами. Сами протоны состоят из более мелких частиц, называемых кварками. Эти кварки удерживаются вместе сильным взаимодействием, которое является одним из… Четыре фундаментальные силы. (Остальные три — это гравитация, слабое взаимодействие и электромагнетизм.) Последней команде удалось измерить распределение сильной силы внутри протона и выявить напряжение сдвига на кварках протона.

«На пике это сила, превышающая четыре тонны, которую нужно было бы приложить к кварку, чтобы оторвать его от протона», — сказал Фолькер Буркерт, главный научный сотрудник Лаборатории Джефферсона и ведущий автор исследования. лаборатория запуск.

опубликовано В «Обзорах современной физики» работу продолжает А. Кийас 2018 От внутреннего давления протона. Данные, которые изучила команда, были получены в результате экспериментов, проведенных в Ускорителе непрерывного электронного пучка (CEBAF) лаборатории Джефферсона, и для проведения измерений исследователи использовали так называемое «глубокое виртуальное комптоновское рассеяние» (DVCS). В DVCS электрон высокой энергии направляется к целевому протону водорода. Кварк внутри протона испускает фотон, несущий информацию о свойствах кварка. DVCS также предоставляет информацию о влиянии гравитации на материю. Идея была разработана в начале 2000-х годов. Физик Максим Поляков.

«Этот теоретический прорыв доказал связь между измерением гипотетического глубокого комптоновского рассеяния и гравитационным фактором формы. «Мы смогли использовать это впервые и извлечь давление, что мы и сделали в статье Nature в 2018 году, и теперь нормальная сила и поперечная сила», — добавил Буркерт.

Сбор данных произошел случайно. Команда пыталась получить 3D-изображение рассеяния, но при этом они собрали данные, которые показали, как сильное взаимодействие влияет на внутреннюю часть протона.

«На мой взгляд, это только начало чего-то гораздо большего», — сказала в том же пресс-релизе соавтор исследования Латифа Уадрири, исследователь из лаборатории Джефферсона. «Это действительно изменило наше представление о структуре протона».

Метод рассеяния может привести исследователей к свойствам протонов, «закодированных в гравитационных форм-факторах», как их описывают исследователи. Долгосрочный план развития ядерной науки на 2023 год. Другими словами, DVCS может стать способом открытия новой физики. Далее команда планирует провести новые измерения размера протона.

более: Что произойдет в физике спустя 10 лет после появления бозона Хиггса?