30 ноември 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Изненадваща аномалия в структурата на протона

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 26 октомври 2022 в 00:01 37880
Един протон съдържа три частици, наречени кварки. В електрическите полета тези кварки изглежда се движат повече, отколкото прогнозира теорията.

Прецизното измерване на това как структурата на протона се деформира в електрическо поле разкри нови подробности за необясним скок в данните за протоните.

Частиците, които съставят ядрото на атомите - протоните и неутроните - са изградени от по-малки частици, наречени кварки, които са свързани заедно чрез силното взаимодействие.

Нови експерименти изглежда показват, че кварките реагират повече от очакваното на електрическо поле, което ги привлича, съобщават физикът Николаос Спарверис (Nikolaos Sparveris) и колегите му в Nature. Резултатът предполага, че силното взаимодействие не е толкова силно, колкото прогнозира теорията.

Ядрените физици потвърждават, че настоящото описание на протонната структура не е перфектно. Изкривяване в данните за структурата на протона е разкрито чрез ново прецизно измерване на електрическата поляризуемост на протона, извършено в Националния ускорител "Томас Джеферсън" на Министерството на енергетиката на САЩ. 

Това откритие противоречи на Стандартния модел на физиката на елементарните частици, който описва частиците и силите, от които се състоим ние и всичко около нас. Резултатът кара някои физици да се замислят как да го обяснят - и дали изобщо да се опитват.

Измерванията на електрическата поляризуемост на протона разкриват колко податлив е протонът на деформация или еластичност в електрическо поле, обяснява Руонан Ли (Ruonan Li), водещ автор на новата статия. Подобно на размера или заряда, електрическата поляризуемост е основно свойство на протонната структура.

Силната ядрена сила (наричана още силно взаимодействие) е една от четирите фундаментални сили в природата (другите са гравитацията, електромагнитната сила и слабата ядрена сила). Тя е най-силната от четирите, както подсказва и името ѝ. Тя обаче има и най-малък обсег, което означава, че частиците трябва да са изключително близо, за да усетят ефектите ѝ.

Основната ѝ функция е да държи заедно субатомните ядрени частици (протони, които носят положителен заряд, и неутрони, които нямат заряд. Тези частици се наричат общо нуклони).

Нещо повече, прецизното определяне на електрическата поляризуемост на протона може да помогне за преодоляване на различните описания на протона. В зависимост от това как се изследва, протонът може да изглежда като непрозрачна единична частица или като съставна частица, съставена от три кварка, държани заедно от силната сила.

„Искаме да разберем подструктурата на протона. И можем да си го представим като модел с трите балансирани кварка в средата“, обяснява Ли. „Сега поставяме протона в електрическополе. Кварките имат положителен или отрицателен заряд. Те ще се движат в противоположни посоки. Така че електрическата поляризуемост отразява колко лесно протонът ще бъде изкривен от електрическото поле.

Истинският фотон, който се произвежда във виртуалната реакция на разсейване на Комптън, осигурява електромагнитното смущение на протона и позволява да се измери неговата електромагнитна обобщена поляризируемост. Кредит: Nikos Sparveris, Temple University

Физиците използват процес, наречен виртуално комптъново разсейване, за да изследват това изкривяване. Този процес започва с внимателно контролиран лъч от енергийни електрони, който се сблъсква в протони.

При виртуалното Комптъново разсейване електроните взаимодействат с други частици чрез излъчване на енергиен фотон или частица светлина. Енергията на електрона определя енергията на фотона, който излъчва, което също определя как фотонът взаимодейства с други частици.

Комптъновото разсейване, открито от Артър Комптън, е разсейването на високочестотен фотон след взаимодействие със заредена частица. Ако това води до намаляване на енергията (увеличаване на дължината на вълната) на фотона, който може да бъде рентгенов или гама-лъчев фотон, това се нарича ефект на Комптън. Част от енергията на фотона се прехвърля към отдръпващата се заредена частица.

Обратното Комптъново разсейване възниква, когато заредена частица предаде част от енергията си на фотон.

Фотоните с по-ниска енергия могат да се отразят от повърхността на протона, докато тези с по-висока енергия ще навлязат във вътрешността на протона и ще взаимодействат с някой от кварките му. Теорията предсказва, че когато тези взаимодействия между фотон и кварк се нанесат от по-ниски към по-високи енергии, ще образуват плавна крива.

Нo тази проста картина не издържа проверката. Вместо това измерванията разкриват все още необясним скок в графиката на еластичността на протона.

„Виждаме, че има известно локално увеличение на величината на поляризуемостта. Поляризираемостта намалява с увеличаване на енергията, както се очаква. И в един момент изглежда, че временно се покачва отново, преди да спадне. Въз основа на сегашното ни теоретично разбиране, трябва да следва много просто поведение. Виждаме нещо, което се отклонява от това просто поведение. И това е фактът, който ни озадачава в момента”, коментира Спарверис.

Теорията предвижда, че по-високоенергийните електрони по-пряко влияят върху силното взаимодействие, което свързва кварките в протона. Обикновено поведението на тези неща е доста, да кажем, плавно и няма неравности.

Този странен скок в еластичността, който ядрените физици сега потвърждават в кварките на протона, сигнализира, че може би работи неизвестен аспект на силното взаимодействие.

„Има нещо, което очевидно ни липсва в този момент. Протонът е единственият композитен градивен елемент в природата, който е стабилен. Така че, ако пропускаме нещо фундаментално там, това има последици или последици за цялата физика“, потвърждава Спарверис.

Физиците твърдят, че следващата стъпка е да се изяснят още повече детайлите на тази аномалия и да се проведат прецизни изследвания, за да се проверят други точки на отклонение и да се предостави повече информация за източника на аномалията.

"Искаме да измерим повече точки при различни енергии, за да представим по-ясна картина и да видим дали там има някаква допълнителна структура", заключава Ли.

Справка:  “Measured proton electromagnetic structure deviates from theoretical predictions” by R. Li, N. Sparveris, H. Atac, M. K. Jones, M. Paolone, Z. Akbar, C. Ayerbe Gayoso, V. Berdnikov, D. Biswas, M. Boer, A. Camsonne, J.-P. Chen, M. Diefenthaler, B. Duran, D. Dutta, D. Gaskell, O. Hansen, F. Hauenstein, N. Heinrich, W. Henry, T. Horn, G. M. Huber, S. Jia, S. Joosten, A. Karki, S. J. D. Kay, V. Kumar, X. Li, W. B. Li, A. H. Liyanage, S. Malace, P. Markowitz, M. McCaughan, Z.-E. Meziani, H. Mkrtchyan, C. Morean, M. Muhoza, A. Narayan, B. Pasquini, M. Rehfuss, B. Sawatzky, G. R. Smith, A. Smith, R. Trotta, C. Yero, X. Zheng and J. Zhou, 19 October 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05248-1

Източник: 

Physicists Baffled by Proton Structure Anomaly, Thomas Jefferson National Laboratory

Protons may be stretchier than physics predicts, Science News


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.