Впервые изучены внутренности элементарной частицы

Физики-ядерщики, работающие в Национальной ускорительной лаборатории Джефферсона (США), впервые измерили распределение давления внутри протона. Оказалось, что кварки, из которых состоит элементарная частица, подвергаются давлению, равному 100 дециллионам (10 в 35-й степени) паскаль (Па), что лишь в 10 раз больше значений в центре нейтронной звезды. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org.

Измерение стало возможным благодаря объединению партонной модели с моделью гравитационных формфакторов. Первая предполагает, что адроны (в данном случае протоны) состоят из нескольких точечных образований — партонов, которые способствуют неупругому рассеянию электронов. Она была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году, а позднее стало ясно, что партонами являются кварки и глюоны (переносчики сильного взаимодействия).

Гравитационные формфакторы позволяют описать структуру адрона по влиянию, оказываемому им на другие частицы через гравитационное взаимодействие. Однако этот тип взаимодействия слишком слаб для регистрации. Объединение партонной модели и формфакторов позволяет определить структуру, используя электромагнитный зонд, состоящий из пучка электронов. Последние выстреливаются в ядра атомов, где они взаимодействуют с кварками, вызывая глубоко виртуальное комптоновское рассеяние (DVCS).

При DVCS электрон, попавший в протон, обменивается виртуальным фотоном с кварком, передавая протону энергию. Впоследствии протон излучает ее в виде другого фотона. В результате электрон подвергается неупругому рассеиванию (поскольку порождается новая частица — фотон), в ходе которого происходит упругое (комптоновское) рассеяние фотона (общая энергия системы фотон-протон не изменяется). Этот процесс можно описать теми же уравнениями, что и взаимодействие протона с пучком гипотетических гравитонов. Так, два фотона, каждый со спином 1, эквивалентны гравитону, который должен иметь спин 2.

По словам исследователей, они выявили экстремально высокое давление, направленное из центра протона наружу, и гораздо более низкое давление — вблизи периферии, и направленное вовнутрь. Такое распределение обусловлено сильным ядерным взаимодействием, которое удерживает три кварка друг с другом.