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