Μια ματιά στην εσωτερική δομή ενός πρωτονίου δείχνει πώς η μάζα του δεν είναι ακριβώς η ίδια: ScienceAlert

Το ταπεινό πρωτόνιο είναι η ραχοκοκαλιά του φυσικού σύμπαντος. Οι ιδιότητές τους καθορίζουν τη χημεία, που διέπει τις ζώνες ηλεκτρονίων που χτίζουν τα άτομα σε μόρια και τα μόρια σε εκπληκτική πολυπλοκότητα.

Παρ’ όλα όσα καταλαβαίνουμε για τη συμπεριφορά του, η εσωτερική δομή ενός πρωτονίου είναι ένα χαοτικό χάος δραστηριότητας που οι επιστήμονες εξακολουθούν να ξετυλίγουν.

Ένα νέο πείραμα που διεξήχθη στην Εθνική Εγκατάσταση Επιταχυντή Thomas Jefferson του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ έχει ρίξει φως σε αυτό το μυστήριο, αποκαλύπτοντας περισσότερα για τα έντερα των πρωτονίων και πώς η ίδια η ύλη συναρμολογείται στη μικρότερη κλίμακα.

Ερευνητές από όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες κατάφεραν να μετρήσουν τις κινήσεις των μικροσκοπικών θεμελιωδών σωματιδίων που ονομάζονται γκλουόνια που συγκρατούν τα πρωτόνια μαζί. Προηγουμένως αναφερόμενος ως ο παράγοντας βαρυτικής μορφής γλουονικού πρωτονίου, αυτή η μέτρηση χρησιμεύει ως ένα είδος παραθύρου στη δομή μάζας ενός θετικά φορτισμένου πυρηνικού σωματιδίου.

Αυτό που ανακάλυψε η ομάδα είναι ότι η ακτίνα μάζας ενός πρωτονίου είναι διαφορετική από την ακτίνα που καλύπτει την κατανομή του ηλεκτρικού φορτίου του και χρησιμοποιείται συχνά ως αντιπρόσωπος για το μέγεθος ενός πρωτονίου. Αν και αυτές οι τιμές δεν αναμένεται απαραίτητα να ταιριάζουν, οι διαφορές μεταξύ τους μπορούν να πουν στους επιστήμονες περισσότερα για το πώς ομαδοποιείται ένα πρωτόνιο.

“Η ακτίνα αυτής της δομής μάζας είναι μικρότερη από την ακτίνα του φορτίου, και έτσι μας δίνει μια αίσθηση της ιεραρχίας της μάζας έναντι της δομής φορτίου του πυρήνα.” Αυτος λεει Mark Jones, ανώτερος επιστήμονας στην Εθνική Εγκατάσταση Επιταχυντή Thomas Jefferson στη Βιρτζίνια.

Δεδομένου ότι τα γκλουόνια στερούνται φορτίου και μάζας, οι μετρήσεις τους πρέπει να λαμβάνονται έμμεσα, όπως τα προϊόντα διάσπασης των ζευγών κουάρκ-αντικουάρκ γνωστά ως μεσόνια. Το πείραμα περιελάμβανε μια δέσμη ηλεκτρονίων και μια δέσμη φωτονίων που περνούσαν μέσα από υγρό υδρογόνο, το οποίο πυροδότησε αλληλεπιδράσεις που παρήγαγαν έναν τύπο μεσονίου που ονομάζεται σωματίδιο J/.

Μετρώντας την πτώση από τα σωματίδια J/σωματίδια και συγκρίνοντας τα αποτελέσματα με θεωρητικά μοντέλα, οι επιστήμονες υπολόγισαν τις διαφορετικές κατανομές μάζας και ηλεκτρικού φορτίου μέσα σε ένα πρωτόνιο.

Μια μεγαλύτερη ακτίνα ηλεκτρικού φορτίου σημαίνει ότι η μάζα του πρωτονίου είναι συγκεντρωμένη, υποδηλώνοντας ότι ορισμένα γκλουόνια μπορεί να εκτείνονται πέρα ​​από, ενδεχομένως να περιορίζουν, τα κουάρκ που φέρουν μάζα.

Μην αφήσετε τη διάχυτη φύση του πρωτονίου να σας ξεγελάσει. Κάτω από την κουκούλα υπάρχει ένα φαύλος παραξενιάς, κβαντικών σωματιδίων που μπαίνουν και βγαίνουν από την ύπαρξη με τρόπους που καθιστούν δύσκολη τη χαρτογράφηση. Το να γνωρίζουμε περισσότερα για τη δομή της μάζας και του φορτίου του πρωτονίου εξαρτάται από τη βασική μας κατανόηση των σωματιδίων που αποτελούν το σύμπαν γύρω μας.

Υπάρχει όμως πολλή δουλειά ακόμα. Αυτά τα αποτελέσματα εξαρτώνται εν μέρει από τα αναφερόμενα θεωρητικά μοντέλα καθώς και από πειραματικές παρατηρήσεις, και δεν είναι ακόμη σαφές πώς ακριβώς κατανέμεται η μάζα του πρωτονίου και σχετίζεται με τη δραστηριότητα του γλουονίου.

Μελλοντικές μελέτες, συμπεριλαμβανομένων διαφορετικών εργαλείων, πειραματικών τεχνικών και υψηλότερου επιπέδου ακρίβειας, έχουν ήδη προγραμματιστεί. Σε λίγο, μπορεί να ξέρουμε ακριβώς τι κάνει ένα πρωτόνιο.

«Κατώτατη γραμμή για μένα – υπάρχει ενθουσιασμός τώρα», Αυτος λεει Μεζιάνι. “Μπορούμε να βρούμε έναν τρόπο να επιβεβαιώσουμε αυτό που βλέπουμε; Θα κολλήσουν αυτές οι νέες πληροφορίες εικόνας;”

“Αλλά για μένα, αυτό είναι πραγματικά πολύ συναρπαστικό. Γιατί αν σκεφτώ τώρα ένα πρωτόνιο, έχουμε περισσότερες πληροφορίες για αυτό τώρα από ποτέ.”

Έρευνα που δημοσιεύτηκε στο φύση.