Протоните, които заедно с неутроните съставят атомните ядра, са комбинация от три по-леки частици, наречени кварки: две от типа, известен като горен кварк и един долен кварк.
Но физиците предполагат от десетилетия, че протоните може да съдържат и по-масивни кварки, дори от самите протони, наречени „вътрешни“ чаровни кварки. Нов анализ подкрепя тази идея, съобщават физици в списание Nature.
Експериментите, проведени в Станфорд през 60-те и 70-те години на миналия век, предоставят надеждни доказателства, че протонът се състои от точкови компоненти, наречени кварки. От своя страна кварките са свързани помежду си с глуони - носители на силното взаимодействие.
Първоначално влиянието на глуоните е подценявано от физиците. Сега те знаят, че глуоните формират една трета от масата и половината от спина на протона. Съвременният модел на протона се съчетава с концепцията за кварковото море - съвкупност от постоянно възникващи двойки кварк-антикварк. Виртуалният характер на този процес предполага, че в протона могат да възникнат всякакви видове кварки, а тяхното разпределение може да е знак за доста интересни физични ефекти.
За виртуалните процеси е характерно нарушаването на закона за запазване на енергията за кратко време, което е следствие от неопределеността на Хайзенберг. Например това квантово свойство позволява раждането на двойки кварк-антикварк, чиято маса превишава масата на самия протон. Има общо три от шестте такива тежки кварка: чаровен, върховен и дънен кварк. Първият от тройката е най-лекият, с маса 1275 мегаелектронволта, което малко надвишава масата на протона от 938 мегаелектронволта.
Може да звучи невероятно (както немалко явления в квантовата механика), но "може да има компонент на протона, който е по-тежък от самия протон", отбелязва теоретичният физик Хуан Рохо (Juan Rojo) от Vrije Universiteit Amsterdam.
| Символ | Название | Заряд | Маса | |
|---|---|---|---|---|
| български | английски | |||
| Първо поколение | ||||
| d | Долен | down | −1/3 | ~ 5 MeV/c² |
| u | Горен | up | +2/3 | ~ 3 MeV/c² |
| Второ поколение | ||||
| s | Странен | strange | −1/3 | 95 ± 25 MeV/c² |
| c | Чаровен | charm (charmed) | +2/3 | 1,8 GeV/c² |
| Трето поколение | ||||
| b | Дънен | beauty (bottom) | −1/3 | 4,5 GeV/c² |
| t | Върховен | truth (top) | +2/3 | 171 GeV/c² |
Известни са 6 различни "класа", наричани - "аромати" (flavor) кварки, чиито свойства са дадени в таблицата.
Рохо и колегите му комбинират различни експериментални резултати и теоретични изчисления с надеждата да разкрият хипотетичната чаровност на протона. Измерването на тази характеристика е от ключово значение за пълното разбиране на една от най-важните частици във Вселената, коментира Рохо.
Физиците знаят, че колкото по-дълбоко се изследва един протон, толкова по-сложен изглежда. Когато се наблюдават при много високи енергии, както при сблъсъците в ускорителите на частици като Големия адронен колайдер или LHC, протоните съдържат пъстър набор от преходни кварки и техните аналози от антиматерия - антикварките. Такива "външни" кварки се създават, когато глуоните - частици, които помагат за "слепването" на кварките в протоните - се разделят на двойки кварк-антикварк.
Външните кварки не са от съществено значение за идентичността на протона. Те са просто резултат от поведението на глуоните при високи енергии. Но чаровните кварки може да съществуват вътре в протоните дори при ниски енергии, в по-устойчива, дълбоко заложена форма.
В квантовата физика частиците не придобиват определено състояние, докато не бъдат измерени - вместо това те се описват с вероятности. Ако протоните съдържат вътрешни чаровни частици, би имало малка вероятност в един протон да се открият не само два горни кварка и един долен кварк, но и чаровен кварк и антикварк. Тъй като протоните не са добре дефинирани колекции от отделни частици, масата на протона не е проста сума от неговите части. Малката вероятност означава, че пълната маса на чаровния кварк и антикварк не се добавя към масата на протона, което обяснява как протонът може да съдържа частици, по-тежки от самия него.
Използвайки хиляди измервания от експерименти в LHC и други ускорители на частици, съчетани с теоретични изчисления, екипът открива доказателства за вътрешни чаровни свойства на протона на статистическо ниво, наречено 3 сигма. Изследователите съобщават, че вътрешните чаровни кварки пренасят около 0,6 % от импулса на протона.
Но за окончателен резултат обикновено се изискват 5 сигма.
"Данните и анализът все още не са достатъчни... за да се премине от "доказателство за" към "откритие на" вътрешната чаровност", коментира Рамона Вогт (Ramona Vogt), физик-теоретик от Националната лаборатория "Лорънс Ливърмор" в Калифорния, която е водещ автор на изследването.
Нещо повече, определянето на това какво се има предвид под "вътрешна чаровност" не е ясно, което затруднява сравнението на новото откритие с по-ранни резултати от различни групи.
"Предишни изследвания са установили различни граници на вътрешнната чаровност, отчасти защото са използвали различни дефиниции и схеми", отбелязва физикът теоретик Уоли Мелничук (Wally Melnitchouk) от лабораторията "Джеферсън" в Нюпорт Нюз, щата Вашингтон.
Забележително е, че новият анализ включва резултатите от колаборацията LHCb, която съобщава за измервания, потенциално съответстващи на вътрешната чаровност в протона, в Physical Review Letters от 25 февруари.
Учените трябва да уточнят съдържанието на вътрешната чаровност на протона, за да разберат по-добре резултатите в LHC и други съоръжения, които разбиват протони и наблюдават какво излиза от тях. Изследователите трябва да могат да оценят вътрешните свойства на обектите, които сблъскват.
Данните от бъдещи ускорители, като планирания електронно-йонния колайдер, могат да помогнат, смятат изследователите, но подчертават, че засега протонът остава загадъчен.
Справка:
The NNPDF Collaboration. Evidence for intrinsic charm quarks in the proton. Nature. Vol. 608, August 18, 2022, p. 483. doi: 10.1038/s41586-022-04998-2.
LHCb Collaboration. Study of Z bosons produced in association with charm in the forward region. Physical Review Letters. Vol. 128, February 25, 2022, p. 082001. doi: 10.1103/PhysRevLett.128.082001.
R. Vogt. Evidence at last that the proton has intrinsic charm. Nature. Vol. 608, August 18, 2022, p. 477.
Източник: Protons contain intrinsic charm quarks, a new study suggests, Science News
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Последната теорема на Стивън Хокинг преобръща времето и причинността
Прост Човек
Разрязването на фотон на две създава безкраен рояк от частици
zlatkov
Учени сканират 74 милиона радиосигнала от междузвезден обект за признаци на извънземни технологии
Джендо Джедев
За срещата на Земята с Халеевата комета през 1910 г. някои са пили "противокометни хапчета"