Наука

Физики из MIT впервые вычислили давление в центре элементарной частицы

Читать на сайте Ria.ru
МОСКВА, 22 фев – РИА Новости. Ученые из США выяснили, что протоны похожи по своей структуре на слоеный пирог – они обладают сверхплотным "ядром", относительно пустой серединой и сверхплотными окраинами. Результаты их расчетов были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
«
"Мы только начинаем понимать то, какие роли играют кварки и глюоны внутри протонов. Объединив экспериментальные данные с нашими расчетами, мы получили первую полноценную картину того, как распределено давление внутри протона. Это предсказание можно будет проверить на коллайдерах в ближайшие десять лет", — заявила Фиала Шэнахэн (Phiala Shanahan) из Массачусетского технологического института (США).
По современным представлениям, все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками и глюонами. Протоны, нейтроны и прочие "тяжелые" частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка. Их меньшие собратья, так называемые мезоны, содержат в себе два элемента – "обычный" кварк и антикварк, базовую составляющую антиматерии.
Кварки связаны между собой мощнейшими силами природы, так называемыми сильными ядерными взаимодействиями. Поэтому в чистом виде они не существуют, и для их "освобождения" необходимы гигантские температуры и энергии, которые существовали только в момент Большого взрыва. По этой причине структуру частиц материи и свойства кварков и глюонов ученые изучают, создавая подобные условия на БАК и других мощных коллайдерах.
Этот феномен, который физики называют "конфайнментом" кварков, сегодня остается главным препятствием для изучения структуры элементарных частиц и поисков ответов на множество "главных вопросов" физики – к примеру, как родилась Вселенная и почему в ней нет антиматерии. Более того, остается непонятным и то, как работают сами сильные ядерные взаимодействия.
Ученые из МГУ выяснили, почему протоны "худеют" внутри атомов
Долгое время ученые считали, что внутрь частиц нельзя заглянуть, не разрушая их, так как скрепляющие их силы в сотни и миллионы раз сильнее, чем гравитация или электромагнетизм. В мае прошлого года физики из США выяснили, что это можно сделать непрямым способом, наблюдая за тем, как электроны "отскакивают" от кварков внутри свободных протонов и нейтронов.
Шэнахэн и ее коллега Уильям Детмолд (William Detmold) воспользовались этими замерами для того, чтобы просчитать поведение и кварков, и глюонов внутри протона, используя принципы квантовой хромодинамики и ресурсы суперкомпьютера MIT.
В общей сложности, физики потратили больше 18 месяцев машинного времени для того, чтобы полностью промоделировать свойства протона и понять, как он устроен изнутри. Эти расчеты подтвердили, что в центре частицы царит давление, превышающее аналогичный параметр для нейтронных звезд в 10 раз, но при этом внесли несколько важных уточнений в результаты майских замеров.
В частности, зона пустоты между сверхплотным ядром и окраинами протона оказалась заметно шире, чем предполагали эксперименталисты и другие физики-теоретики, а давление в центре него росло с необычно высокой скоростью. Эти различия, как отмечает Шэнахэн, связаны с тем, что глюоны и кварки по-разному влияют на внутреннюю структуру элементарных частиц.
Проверить эти идеи, по ее словам, можно будет на коллайдере EIC, который будет построен в США на базе одного из двух ускорителей – RHIC или CEBAF – после 2020 года. Обновленные версии этих установок смогут разгонять электроны до таких энергий, что они будут взаимодействовать и с глюонами, что позволит физикам точно измерить давление в центре протона и проверить выкладки Детмолда и Шэнахэн.
Физики нашли внутри протонов самую плотную форму материи во Вселенной
Обсудить
Рекомендуем