Ученые могут определить массу субатомных частиц, которые состоят из кварков, глядя на энергию и импульс частиц в четырехмерном пространстве-времени. Одна из величин, кодирующих эту информацию, называемая аномалией следа, связана с тем фактом, что физические наблюдаемые величины из экспериментов с высокими энергиями зависят от задействованных масштабов энергии/импульса.

Исследователи полагают, что аномалия следа имеет решающее значение для удержания кварков связанными в субатомных частицах.

В исследовании, опубликованном в Physical Review D, ученые рассчитали следовую аномалию как для нуклонов (протонов или нейтронов), так и для пионов (субатомная частица, состоящая из одного кварка и одного антикварка).

Расчеты показывают, что в пионе распределение масс подобно распределению заряда нейтрона, тогда как в нуклоне распределение масс подобно распределению заряда протона.

Понимание происхождения массы нуклона является одной из основных научных целей электронно-ионного коллайдера (EIC). Ученые также хотят понять, как масса кварков и глюонов распределяется в адронах. Это субатомные частицы, такие как протоны и нейтроны, которые состоят из кварков и удерживаются вместе сильным взаимодействием.

Новые расчеты показывают, что распределение массы может быть получено численно на основе расчетов первого принципа, которые начинаются с основных физических законов. Расчеты с помощью этого нового подхода также помогут ученым в интерпретации данных экспериментов по ядерной физике.

Эксперименты по исследованию происхождения массы нуклона запланированы для будущего EIC в Брукхейвенской национальной лаборатории. В этих экспериментах электрон-протонное рассеяние может производить тяжелые состояния, которые чувствительны к внутренней структуре протона, в частности, к распределениям глюонов.

Анализируя данные рассеяния, ученые могут узнать, как масса кварков и глюонов распределена внутри протона. Это похоже на то, как исследователи использовали рентгеновскую дифракцию, чтобы обнаружить знаковую форму двойной спирали ДНК. Теоретические расчеты помогают ученым понять, как масса распределяется между адронами в соответствии со Стандартной моделью, и они задают направление для предстоящих экспериментов.

Результаты раскрывают важные аспекты того, как масса распределяется внутри частиц, таких как пион и нуклон. Результаты показывают, что структура пиона, в частности, играет роль в соединении двух свойств мира, описываемых Стандартной моделью: существование абсолютной шкалы и асимметрия левосторонних и правосторонних величин.