Эти результаты предлагают новый подход к исследованию внутренней структуры протона.
CLAS12 — это большой приемный спектрометр CEBAF на 12 ГэВ.
Лаборатория Джефферсона
Физики заметили, что возбужденные состояния протона, или резонансы, остаются влиятельными даже при исследовании на очень высоких энергиях, и это открытие пересматривает прежние представления о строительных блоках материи.
Результаты, полученные на Национальном ускорительном комплексе имени Томаса Джефферсона Министерства энергетики США, открывают новую основу для изучения внутренней структуры протона.
«Впервые эти измерения предоставляют информацию об эволюции структуры основного состояния протона в области резонанса в широком диапазоне масштабов расстояний, охватывающем переход от режима сильно связанных кварков и глюонов к области, где их взаимодействия становятся слабее, известной как пертурбативный режим», — заявили исследователи.
Ограниченные знания о низкоэнергетических взаимодействиях
Протон – основа всей видимой материи, он образует ядро каждого атома. Он состоит из более мелких частиц, называемых кварками и глюонами, связанных сильным взаимодействием.
Учёные хорошо понимают структуру протона в высокоэнергетических взаимодействиях, где передаётся большой импульс. В таких сценариях внутренние кварки и глюоны ведут себя подобно плотно расположенным бильярдным шарам.
Однако знания о низкоэнергетических взаимодействиях, в области, известной как «резонансная область», более ограничены. Здесь протон может поглощать энергию и переходить в возбуждённое состояние.
Долгое время предполагалось, что эти резонансные сигналы будут затухать и станут незначительными по мере увеличения передаваемого импульса.
Использование аппарата CLAS12
Новый эксперимент с использованием прибора CLAS12 (большой приемный спектрометр CEBAF) впервые продемонстрировал, что это предположение неверно.
«Новые данные CLAS12 впервые убедительно демонстрируют, что это не так», — отметила исследовательская группа в пресс-релизе.
«Резонансные признаки отчетливо видны в данных во всем диапазоне исследованных энергий: от низких до очень высоких переданных импульсов».
Эксперимент включал направление электронного пучка из непрерывного ускорителя электронных пучков (CEBAF) на водородную мишень внутри детектора CLAS12. Электроны взаимодействуют с протонами посредством «виртуального фотона» — зонда, длина волны которого может быть изменена для более глубокого изучения структуры протона.
Широкое распространение CLAS12 позволило провести комплексное измерение во всей резонансной области в одном эксперименте.
«Поскольку CLAS12 имеет широкий диапазон чувствительности, он позволяет охватить широкий диапазон энергий во всей резонансной области при любой заданной передаче импульса протону — и все это впервые можно сделать в рамках одного эксперимента», — говорится в пресс-релизе.
Значительные последствия для КХД
Эти результаты имеют важное значение для квантовой хромодинамики (КХД), теории, описывающей сильное взаимодействие. Эти данные предоставляют новые возможности для «стресс-теста» предсказаний КХД и уточнения нашего понимания того, как кварки и глюоны формируют материю, которую мы видим во Вселенной.
Анализ проводил Валерий Клименко из Университета Коннектикута под руководством профессора Кёнсона Джу.
«Если вы хотите понять Вселенную, важно понять протон», — заявил Джу, подчеркнув фундаментальное значение своей работы.
Sourse: interestingengineering.com
