Ученые измерили давление внутри элементарной частицы
В ближайших планах ученых определить другие механические характеристики протона
18 мая 2018, 00:12, ИА Амител
Ученые впервые экспериментально измерили давление внутри протона - это первое исследование такого рода, проведенное с элементарной частицей, сообщают "Вести" со ссылкой на журнал Nature.
Исследование проводилось командой физиков во главе с Фолкером Буркертом из Лаборатории Джефферсона в США.
Протон состоит из кварков. Последние частицы не могут существовать в свободном виде. Они всегда образуют определенные комбинации, одной из которых и является протон. Это явление известно под названием конфайнмент.
Конфайнмент давно интересует физиков, поскольку это свойство в буквальном смысле обеспечивает стабильность всего вещества во Вселенной, не позволяя тому же протону распадаться на отдельные кварки. Однако заглянуть внутрь элементарной частицы и увидеть, что там делается, - задача не из легких.
В определенном смысле ее решают современные ускорители, такие как Большой адронный коллайдер. Разгоняя протоны и сталкивая их друг с другом, ученые следят, какие при этом возникают частицы. Это позволяет им делать выводы об устройстве элементарных частиц вообще и протона в частности.
Но этот метод имеет свои ограничения. Например, он не позволяет выяснить механические свойства протона: распределение давления, механического напряжения и так далее.
"Мы предоставляем способ визуализации величины и распределения сил сильного взаимодействия внутри протона. Это открывает совершенно новое направление в ядерной физике и физике частиц, которое можно исследовать в будущем", - подчеркнул Буркерт.
Есть, впрочем, еще один инструмент. Но до недавнего времени он считался гипотетическим. Всякая материя во Вселенной подвержена гравитационному притяжению. Будь оно достаточно сильным, некоторые аспекты строения протона можно было бы выяснить, наблюдая, как он поглощает гравитоны (гипотетические частицы, переносящие гравитационное взаимодействие). В частности, можно было бы измерить и давление.
Увы, масса отдельного протона так мала, что в обозримом будущем нет никакой надежды измерить действующую на него гравитационную силу. Однако физики нашли неожиданный выход из положения.
Как поясняется в пресс-релизе исследования, в одной из предшествующих работ было показано, что при определенных условиях существует аналог "сканированию" с помощью гравитонов. Речь идет о процессе, который называется глубоким виртуальным комптоновским рассеянием.
При этом электрон проникает в протон и отдает кварку виртуальный фотон. Через некоторое время кварк возвращает полученную энергию, излучая новый виртуальный фотон.
Каждый фотон имеет спин, равный 1. В данном случае пара виртуальных фотонов эквивалентна гравитону, спин которого равен 2.
Это позволило ученым, "обстреливая" протон электронами, выяснить давление внутри частицы. Оказалось, что в радиусе 0,6 фемтометра от центра протона давление достигает 1035 паскалей. К слову, это примерно в десять раз больше давления, которое, как считается, царит в центре нейтронной звезды. А ведь это самые плотные из известных нам природных объектов. Не считая, конечно, черных дыр. Но в их случае вообще трудно говорить об определенной плотности: согласно уравнениям, она обращается в бесконечность.
Сила, создающая давление в центре протона, направлена к периферии и, условно говоря, не дает кваркам слипаться. Ближе к "поверхности" направление силы меняется: здесь это притяжение, удерживающее кварки в протоне. Давление в этой области гораздо меньше.
В ближайших планах ученых определить другие механические характеристики протона, такие как напряжение сдвига.
0
0
0
0
0
0
Комментарии 0