Физики доказали наличие аномалий в электромагнитной структуре протонов

20.10.2022

Ученые предполагают, что эти отклонения порождаются неизвестными проявлениями сильных ядерных взаимодействий, чье открытие и изучение раскроет истинную структуру протона

Международный коллектив физиков открыл в ходе опытов на ускорителе CEBAF первые полноценные свидетельства того, что электромагнитная структура протонов не соответствует тому, как описывают это свойство частиц общепринятые теории ядерной физики. Об этом в среду сообщила пресс-служба Национальной ускорительной лаборатории Джефферсона (JLab).

"Текущие теории указывают на то, что протон должен вести себя очень простым образом во время электромагнитных взаимодействий. Мы открыли первые свидетельства того, что поведение частиц в реальности отклоняется от этих правил. Что-то явно упущено в теоретических выкладках, возможно, какое-то неизвестное проявление сильных ядерных взаимодействий, чье открытие резко изменит всю науку", - заявил доцент университета Темпл в Филадельфии (США) Никос Спарверис, чьи слова приводит пресс-служба JLab.

Почти все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками и глюонами. Протоны, нейтроны и прочие "тяжелые" частицы-барионы содержат в себе три кварка. Все эти частицы внутри барионов постоянно взаимодействуют друг с другом, а также с парами виртуальных кварков, спонтанно возникающих в пустоте вакуума.

Ученые уже несколько десятилетий пытаются понять, как распределены кварки внутри стабильных и нестабильных частиц и как их взаимодействия влияют на размеры, электромагнитные свойства и прочие характеристики частиц. Это крайне сложно осуществить из-за того, что кварки связаны друг с другом мощнейшими сильными ядерными взаимодействиями, не позволяющими отделить и изолировать субатомные частицы друг от друга.

Подтвержденные аномалии

По этой причине, как отмечают Спарверис и его коллеги, физик вынуждены изучать структуру протонов, нейтронов и прочих частиц косвенным образом, в ходе наблюдений за взаимодействиями "заточенных" внутри них кварков с электронами и частицами света. Недавние опыты такого рода указали на существование сразу нескольких аномалий, связанных с размерами протона и нейтрона, и их электромагнитной структурой.

Физики подтвердили существование одной из подобных аномалий, связанных с тем, как электрический заряд распределен внутри частицы. В прошлом ученые считали, что этот параметр легко просчитать, опираясь на свойства "верхнего" и "нижнего" кварков, из которых состоят протоны и нейтроны, однако еще в 2000 году европейские физики, работавшие с ускорителем MAMI, обнаружили намеки на то, что электромагнитная структура протонов может отличаться от этих теоретических предсказаний.

Спарверис и его коллеги проверили, существуют ли эти расхождения в ходе опытов на ускорителе частиц CEBAF в Лаборатории Джефферсона. Эта установка вырабатывает сверхчистые пучки электронов высоких и низких энергий, чем ученые регулярно пользуются для изучения структуры протонов. Для этого они "обстреливают" чан с жидким водородом при помощи потока электронов и наблюдают за последствиями взаимодействий носителей отрицательного заряда с кварками внутри протонов.

Последующие наблюдения за отклонениями в траекториях полета электронов, а также вспышками света, возникавшими в процессе их столкновения с протонами, подтвердили, что аномалии в электромагнитных свойствах протонов действительно существуют. Физики предполагают, что эти отклонения порождаются неизвестными проявлениями сильных ядерных взаимодействий, чье открытие и изучение раскроет истинную структуру протона, подытожили Спарверис и его коллеги.

Источник: Тасс

Читайте другие наши новости