Η φυσική στη μικρότερη κλίμακα είναι μια πρόκληση παρατήρησης: Τα σωματίδια είναι συχνά φευγαλέα και οι δυνάμεις που διέπουν τη συμπεριφορά τους είναι σχεδόν ανεπαίσθητες. Αλλά τώρα, αξιοποιώντας δεδομένα δεκαετιών και μια πρόβλεψη 50 ετών για την εισαγωγή της βαρύτητας σε υποατομικά σωματίδια, μια ομάδα φυσικών έχει πειράξει μια μέτρηση για μια δεύτερη μηχανική ιδιότητα στο πρωτόνιο.
Ας επιβραδύνουμε για λίγο. Ένα πρωτόνιο είναι ένα σωματίδιο που, μαζί με τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια, αποτελούν ένα άτομο. Τα ίδια τα πρωτόνια αποτελούνται από ακόμη μικρότερα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ. Αυτά τα κουάρκ σβήνουν μαζί χάρη στην ισχυρή δύναμη, ένα από τα τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις. (Τα άλλα τρία είναι η βαρύτητα, η ασθενής δύναμη και ο ηλεκτρομαγνητισμός.) Η πρόσφατη ομάδα μέτρησε με επιτυχία την κατανομή της ισχυρής δύναμης μέσα στο πρωτόνιο, αποκαλύπτοντας τη διατμητική τάση στα κουάρκ του πρωτονίου.
«Στο αποκορύφωμά της, αυτή είναι περισσότερο από μια δύναμη τεσσάρων τόνων που θα έπρεπε να ασκήσει κανείς σε ένα κουάρκ για να το τραβήξει έξω από το πρωτόνιο», δήλωσε ο Volker Burkert, επικεφαλής επιστήμονας στο Jefferson Lab και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. εργαστήριο ελευθέρωση.
Δημοσίευσε στο Reviews of Modern Physics, η εργασία ακολουθεί α Μέτρηση 2018 της εσωτερικής πίεσης του πρωτονίου. Τα δεδομένα που μελέτησε η ομάδα προέκυψαν από πειράματα στην Εγκατάσταση Επιταχυντή Συνεχούς Δέσμης Ηλεκτρονίων του Jefferson Lab, ή CEBAF, και οι ερευνητές χρησιμοποίησαν κάτι που ονομάζεται «βαθιά εικονική σκέδαση Compton» (DVCS) για να λάβουν τη μέτρηση. Στο DVCS, ένα ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας εκπέμπεται σε ένα πρωτόνιο υδρογόνου στόχου. Ένα κουάρκ μέσα στο πρωτόνιο εκπέμπει ένα φωτόνιο, το οποίο μεταφέρει πληροφορίες για τις ιδιότητες του κουάρκ. Το DVCS παρέχει επίσης πληροφορίες σχετικά με τις επιπτώσεις της βαρύτητας στην ύλη Η ιδέα αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 2000 του φυσικού Maxim Polyakov.
«Αυτή η ανακάλυψη στη θεωρία καθιέρωσε τη σχέση μεταξύ της μέτρησης της βαθιάς εικονικής σκέδασης Compton με τον παράγοντα βαρυτικής μορφής. Και μπορέσαμε να το χρησιμοποιήσουμε για πρώτη φορά και να εξαγάγουμε την πίεση που κάναμε στο έγγραφο Nature το 2018, και τώρα την κανονική δύναμη και τη δύναμη διάτμησης», πρόσθεσε ο Burkert.
Η συλλογή δεδομένων ήταν κάτι σαν ατύχημα. Η ομάδα προσπαθούσε να κάνει τρισδιάστατη απεικόνιση της σκέδασης, αλλά με αυτόν τον τρόπο, συνέλεξε δεδομένα που αποκάλυψαν πώς η ισχυρή δύναμη ασκήθηκε στο εσωτερικό του πρωτονίου.
«Κατά την άποψή μου, αυτή είναι μόνο η αρχή για κάτι πολύ μεγαλύτερο που θα έρθει», δήλωσε η συν-συγγραφέας της μελέτης Latifa Elouadhriri, επιστήμονας στο Jefferson Lab, στην ίδια έκδοση. «Έχει ήδη αλλάξει τον τρόπο που σκεφτόμαστε τη δομή του πρωτονίου».
Η μέθοδος σκέδασης μπορεί να οδηγήσει τους ερευνητές σε ιδιότητες πρωτονίων που «κωδικοποιούνται σε παράγοντες βαρυτικής μορφής», όπως περιγράφεται από το 2023 Long Range Plan of Nuclear Science. Με άλλα λόγια, το DVCS θα μπορούσε να είναι μια λεωφόρος για την ανακάλυψη της νέας φυσικής. Στη συνέχεια, η ομάδα σχεδιάζει να λάβει νέες μετρήσεις του μεγέθους του πρωτονίου.
Περισσότερο: 10 χρόνια μετά το μποζόνιο Higgs, ποιο είναι το επόμενο μεγάλο πράγμα για τη Φυσική;