Ученые-ядерщики подтвердили, что нынешнее описание структуры протона несовершенно. Наблюдается всплеск данных в исследованиях структуры протона, согласно новому прецизионному измерению электрической поляризуемости протона на Национальный ускорительный комплекс Томаса Джефферсона Министерства энергетики США.
Точное измерение того, как структура протона деформируется в электрическое поле раскрыл новые подробности о необъяснимом всплеске протонных данных. Величина электрической поляризуемости протона показывает, насколько чувствителен протон Это деформация или растяжение в электрическом поле. Это также подтвердило наличие аномалии и подняло вопросы о ее происхождении.
Кроме того, точная оценка электрической поляризуемости протона может помочь преодолеть разрыв между различными объяснениями протона. Протон может казаться отдельной непрозрачной частицей или составной частицей, состоящей из три кварка удерживается вместе большой силой, в зависимости от того, как это исследуется.
Руонан Ли, первый автор новой статьи и аспирант Университета Темпл, сказал: «Мы хотим понять субструктуру протона. И мы можем представить это как модель с тремя уравновешенными кварками посередине. Теперь поместите протон в электрическое поле. Кварки имеют положительный или отрицательный заряд. Они будут двигаться в противоположных направлениях. Таким образом, электрическая поляризуемость показывает, насколько легко электрическое поле исказит протон».
Ученые-ядерщики использовали технику, известную как виртуальное комптоновское рассеяние, чтобы изучить это искажение. Он начинается с тщательно регулируемого пучка мощных электронов из установки непрерывного ускорителя электронного пучка в лаборатории Джефферсона. Электроны врезаются в протоны.
При виртуальном комптоновском рассеянии электроны взаимодействуют с другими частицами, испуская энергичный фотон или частицу света. Энергия электрона определяет энергию излучаемого им фотона, которая также определяет, как фотон взаимодействует с другими частицами.
В то время как более энергичные фотоны будут стрелять внутрь протона, чтобы вступить в контакт с одним из его кварки, фотоны с меньшей энергией могут отражаться от поверхности протона. Согласно теории, гладкая кривая появится, когда эти взаимодействия фотонов и кварков будут нанесены на график от более низких энергий к более высоким.
Никос Спарверис, адъюнкт-профессор физики Университета Темпл и представитель эксперимента, сказал, что эта простая картина не выдерживает критики. Вместо этого измерения выявили пока необъяснимую выпуклость.
«Мы видим, что есть некоторое локальное увеличение величины поляризуемости. Как и ожидалось, поляризуемость уменьшается с увеличением энергии. И в какой-то момент кажется, что он снова временно поднимается, прежде чем упасть. Основываясь на нашем текущем теоретическом понимании, он должен следовать очень простому поведению. Мы видим что-то, что отклоняется от этого простого поведения. И это тот факт, который нас сейчас озадачивает».
«Теория предсказывает, что более энергичные электроны более непосредственно исследуют сильное взаимодействие, поскольку оно связывает кварки вместе, образуя протон. Этот странный всплеск жесткости, подтвержденный физиками-ядерщиками в кварках протона, сигнализирует о том, что может действовать неизвестная грань сильного взаимодействия».
«Есть кое-что, чего нам сейчас не хватает. Протон — единственный в природе составной строительный блок, который является стабильным. Так что, если мы упускаем что-то фундаментальное, это имеет значение или последствия для всей физики».
Физики сказали, «Следующий шаг — выяснить подробности этой аномалии и провести высокоточные зонды, чтобы проверить другие точки отклонения и предоставить больше информации об источнике аномалии».
Спарверис — сказал, «Нам также необходимо точно измерить форму этого улучшения. Форма важна для дальнейшего разъяснения теории».
Справочник журнала:
- Ли, Р., Спарверис, Н., Атак, Х. и соавт. Измеренная электромагнитная структура протона отклоняется от теоретических предсказаний. природа (2022). ДОИ: 10.1038/s41586-022-05248-1
