Ученые теперь составили карту сил, действующих внутри протона, показав в беспрецедентных подробностях, как кварки — мельчайшие частицы внутри — реагируют на воздействие высокоэнергетических фотонов.
В состав международной группы входят эксперты из Университета Аделаиды, которые изучают структуру субатомной материи, чтобы попытаться получить более глубокое представление о силах, лежащих в основе природного мира .
«Мы использовали мощный вычислительный метод, называемый решеточной квантовой хромодинамикой, для картирования сил, действующих внутри протона », — сказал доцент Росс Янг, заместитель руководителя отдела обучения и преподавания Школы физики, химии и наук о Земле, который является членом команды.
«Этот подход разбивает пространство и время на тонкую сетку, позволяя нам моделировать, как сильное взаимодействие — фундаментальное взаимодействие, связывающее кварки в протоны и нейтроны — изменяется в разных областях внутри протона».
Результатом команды, возможно, является самая маленькая карта силового поля природы, когда-либо созданная. Они опубликовали свои выводы в журнале Physical Review Letters .
Расчеты аспиранта Аделаидского университета Джошуа Кроуфорда проводились совместно с командой Аделаидского университета и международными коллегами.
«Наши результаты показывают, что даже в таких микроскопических масштабах задействованные силы огромны и достигают полумиллиона Ньютонов, что эквивалентно примерно 10 слонам, сжатым в пространстве, намного меньшем, чем атомное ядро», — сказал Кроуфорд.
«Эти карты сил открывают новый способ понимания сложной внутренней динамики протона, помогая объяснить, почему он ведет себя именно так в столкновениях высоких энергий, например, в Большом адронном коллайдере, и в экспериментах по исследованию фундаментальной структуры материи».
Большой адронный коллайдер (БАК) — крупнейший в мире ускоритель частиц с самой высокой энергией. Он был построен Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) в сотрудничестве с более чем 10 000 ученых и сотнями университетов и лабораторий из более чем 100 стран. Цель БАК — позволить физикам проверить предсказания различных теорий физики элементарных частиц.
«Эдисон изобрел лампочку не путем исследования более ярких свечей — он опирался на достижения поколений ученых, которые изучали взаимодействие света с материей», — сказал доцент Янг.
«Точно так же современные исследования, такие как наша недавняя работа, раскрывают, как ведут себя фундаментальные строительные блоки материи при воздействии света, углубляя наше понимание природы на самом базовом уровне.
«Поскольку исследователи продолжают изучать внутреннюю структуру протона, более глубокое понимание этого вопроса может помочь нам усовершенствовать способы использования протонов в передовых технологиях.
«Одним из ярких примеров является протонная терапия, которая использует высокоэнергетические протоны для точного воздействия на опухоли, сводя к минимуму повреждение окружающих тканей.
«Точно так же, как ранние прорывы в понимании света проложили путь современным лазерам и визуализации, углубление наших знаний о структуре протона может сформировать следующее поколение приложений в науке и медицине.
«Впервые сделав невидимые силы внутри протона видимыми, это исследование устраняет разрыв между теорией и экспериментом — так же, как предыдущие поколения раскрыли секреты света, чтобы преобразовать современный мир».
