Невідома поведінка протона: фізики виявили, що насправді ховається всередині нього

Протони мають більш квантову внутрішню структуру, ніж раніше припускали фізики. Це змінює уявлення вчених про ці частинки, які знаходяться в ядрі кожного атома. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише New Scientist.

Фізикам давно відомо, що протони складаються з частинок, які називаються кварками та глюонами. Однак деталі їхньої поведінки та розподілу в протоні визначити складно. Однак це дуже важливо, адже від правильного розуміння внутрішньої структури протона залежить правильна інтерпретація результатів зіткнень протонів у прискорювачах частинок, які спрямовані на пошук нових частинок або розкриття таємниць фундаментальних сил природи.

Фізики використовують для розуміння внутрішньої структури протона партонну модель, яка дозволяє їм розрахувати ймовірну щільність частинок усередині протона та визначити, яким, найімовірніше, буде склад частинок під час зіткнення в прискорювачі частинок.

Автори дослідження зазначають, що партонна модель значною мірою ґрунтується на класичній фізиці, але є ще й квантова механіка. Вчені шукали квантові ефекти всередині протонів протягом останніх 40 років, але експерименти призвели до суперечливих висновків.

Тому фізики зосередилися на одному процесі, якому можуть піддаватися кварки та глюони, і який є характерною рисою квантової природи частинки. Це інтерференція. Квантові частинки мають властивості хвилі, і інтерференція еквівалентна перекриттю та посиленню двох квантових хвиль матерії в одних місцях і взаємному пригніченню в інших.

Якщо в класичній фізиці дві ймовірності просто додаються, утворюючи суму значень, то за наявності інтерференції їхнє об’єднання призводить до більшої кількості математичних членів, ніж просто сума.

Фізики виявили конкретні випадки квантової інтерференції всередині протона, такі як інтерференція глюона з парою кварка та антикварка, який є протилежністю кварка з антиматерії.

Це дослідження показує, що протон є більш квантовим, ніж передбачалося. Ще потрібно з’ясувати, як отримані результати можуть пролити світло на те, якою насправді є внутрішня будова протона.

Фізикам також потрібно з’ясувати, як квантова інтерференція пов’язана з силами, що діють на кварки та глюони. Сильна взаємодія, що зв’язує кварки, є однією з чотирьох фундаментальних сил природи, тому розуміння цього дозволило б краще зрозуміти основні закони Всесвіту, кажуть вчені.

Інші новини науки

• Фізики змогли порушити третій закон Ньютона: як це сталося.
• Соціалізм віком 4500 років: стародавнє місто змінює уявлення про зниклу цивілізацію.