НОВИНИ


НАЛЯГАНЕТО В ПРОТОНИТЕ Е 10 ПЪТИ ПОВЕЧЕ ОТ ТОВА В НЕУТРОННИТЕ ЗВЕЗДИ
25.05.2018

Протоните са положително заредени елементарни частици материя, но те, на свой ред, се състоят от три по-малки частици, наречени кварки. Всеки от тях е съставен от два "горни" кварка и един "долен" кварк, обвързани от силните ядрени сили.

Експеримент, смятан досега за невъзможен, показа, че във вътрешността на всеки протон във Вселената е създадена среда с такова невероятно налягане, което надминава смазващата атомите сърцевина на неутронна звезда.
 

Това показва публикуваното в Nature първо проучване на разпределението на налягането вътре в протона, съобщава ScienceDaily.

Протоните са положително заредени елементарни частици материя, но те, на свой ред, се състоят от три по-малки частици, наречени кварки. Всеки от тях е съставен от два "горни" кварка и един "долен" кварк, обвързани от силните ядрени сили. Но отвъд това не знаем много за вътрешността на протона. Защо няма свободни кварки? Кварките не се разлитат от протоните заради явление, наречено "конфайнмент" (от англ. confinement - затвор, ограничение). [вж "Елементарните частици" и "Бозоните и фундаменталните взаимодействия"]

Според Квантовата хромодинамика кварките са като свързани с глуонни пружини.  Илюстрация: spontaneoussymmetry.com

Кварките са заключени здраво от силното взаимодействие, но вътре трябва да има нещо, което ги отблъсква, в противен случай ще колапсират в една точка.

Този модел на налягане е аналогичен на това, което се случва в много по-големи обекти.

"В известен смисъл [протонът] изглежда като звезда", разказва физикът Олег Теряев (Oleg Teryaev) от Институт за ядрени изследвания в Дубна, Русия. Звездите също имат налягане, което изтласква материя от центъра им и което противодейства отвътре на гравитацията.

Но малките протони са различни. Така че "това е естествено, но не е толкова просто", твърди Теряев, цитиран от ScienceNews.

Водещият автор на проучването Фолкер Бъркърт (Volker Burkert) и колегите му от Лабораторията „Томас Джеферсън” към Министерство на енергетиката съобщават, че са открили, че изграждащите протона кварки са подложени на налягане от 100 децилиона паскала (1035) близо до центъра на протона, което е около 10 пъти повече от налягането в сърцето на неутронна звезда.

"Открихме изключително високо насочено от центъра навън налягане в протона и много по-ниско и по-разширено насочено навътре налягане близо до периферията на протона", обяснява Волкър Бъркърт, ръководител на Лабораторията  .

Разпределение на налягането в протона. Левият край на скалата е сърцевината на протона, десният край съответства на края на протона. Кредит: VD Burkert et al., (2018), Nature.

За да стигне до дъното на нещата, екипът изследователи съчетава две теоретични рамки със съществуващите данни.

Първата е генерализирано разпределение на партона* (generalized parton distributions - GPD).

*Партон е точкова съставляваща на адроните (адрони са протоните, неутроните, мезони и др.), проявяваща се в експерименти по дълбоко нееластично разсейване на адроните на лептони (електрон, неутрино и др.) и други адрони. Партоният модел е предложен от Ричард Фейнман през 1969 г.

GPD позволяват на изследователите да произвеждат 3D изображения на структурата на протона с помощта на електромагнитни сили.

 "Разполагаме с медицинската технология за 3D изобразяване, която сега позволява на лекарите да научат повече неинвазивно за структурата на сърцето", заяви съавторът на изследването Латифа Елуадрхири (Latifa Elouadrhiri). „И това искахме да приложим в новото поколение експерименти".

Втората са факторите на гравитационната форма на протона. Тези формиращи фактори описват каква ще бъде механичната структура на протона, ако изследователите успеят да изследват протона чрез гравитационната сила.

Теоретикът, който разработва концепцията за факторите на гравитационната форма, Хайнц Пагелс (Heinz Pagels), който ги описва през 1966 г. в статия, казва, че "трудно можем да се надяваме да научим нещо за подробната механична структура на частицата, поради изключителната слабост на гравитационното взаимодействие".

Последната теоретична работа обаче свързва GPD с факторите на гравитационната форма, позволявайки резултатите от електромагнитни сонди в протоните да заменят гравитационните сонди.

"Това е красотата на това проучване. Имаме карта, която смятахме, че никога няма да получим", коментира Елуадрхири. "Но ние успяхме, попълвайки я с тази електромагнитна сонда".

Ускорителят CEBAF, разположен в Лабораторията „Джеферсън”.

Електромагнитната сонда се състои от снопове електрони, произведени от ускорителя CEBAF, разположен в Лабораторията „Джеферсън”. Сблъсквайки с електрони с маса течен водород (източник на протони), изследователите регистрират частиците,  възникващи в резултат на електромагнитното взаимодействие с кварките вътре в протоните чрез процес, наречен дълбоко виртуално разсейване на Комптън (deeply virtual Compton scattering - DVCS).

В процеса DVCS електрон навлиза в протон и обменя виртуален фотон с кварк, пренасяйки енергията в кварка и протона. Малко по-късно протонът освобождава тази енергия, като излъчва друг фотон и продължава да е цял. Този процес е аналогичен на изчисленията, направени от Пагелс за това как би било възможно да се изследва протона гравитационно чрез хипотетичен лъч гравитони. Изследователите успяха да се възползват от сходството между добре познатите електромагнитни изследвания и хипотетичните гравитони, за да получат своя резултат.

Това позволи за пръв път да се измери налягането вътре в протона.

Тази работа открива нова област на изследването на фундаменталните гравитационни свойства на протоните, неутроните и ядрата, които могат да осигурят достъп до техните физически радиуси, вътрешните срязващи сили, действащи върху кварките и тяхното разпределение на налягането - пишат физиците в Nature.


 

 

 
източник: nauka.offnews.bg

 


 
928364