Физики нашли внутри протонов самую плотную форму материи во Вселенной - «Наука»

© DOE's Jefferson LabТак художник представил себе протон и кварки внутри негоПодпишись на ежедневную рассылку РИА Наука

Спасибо за подписку

Пожалуйста, проверьте свой e-mail для подтверждения подписки

МОСКВА, 16 мая – Новости Дня. Протоны оказались самой плотной формой материи во Вселенной – давление внутри них, как показывают замеры американских ученых, примерно в 10 раз выше, чем в центре нейтронных звезд. Их выводы были опубликованы в журнале Nature.

Ученые случайно создали на БАК материю времен Большого взрыва"Мы нашли область экстремально высокого давления в центре протона, которая стремится вырваться наружу, и чуть более слабую и протяженную область, которая стремится обвалиться в сторону центра частицы, в ее периферийной части", — рассказывает Фолькер Буркерт (Volker Burkert) из Национальной ускорительной лаборатории имени Джефферсона в Ньюпорте (США).

По современным представлениям, все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками и глюонами. Протоны, нейтроны и прочие "тяжелые" частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка. Их меньшие собратья, так называемые мезоны, содержат в себе два элемента – "обычный" кварк и антикварк, базовую составляющую антиматерии.

Кварки связаны между собой мощнейшими силами природы, так называемыми сильными ядерными взаимодействиями. Поэтому в чистом виде они не существуют, и для их "освобождения" необходимы гигантские температуры и энергии, которые существовали только в момент Большого взрыва. По этой причине свойства кварков и глюонов ученые изучают, создавая подобные условия на БАК и других мощных коллайдерах.

Этот феномен, который физики называют "конфайнментом" кварков, сегодня остается главным препятствием для изучения структуры элементарных частиц и поисков ответов на множество "главных вопросов" физики – к примеру, как родилась Вселенная и почему в ней нет антиматерии. Более того, остается непонятным и то, как работают сами сильные ядерные взаимодействия.

Физики открыли более мощную реакцию, чем термоядерный синтез

Долгое время, как отмечает Буркерт, ученые считали, что внутрь частиц нельзя заглянуть, не разрушая их, так как скрепляющие их взаимодействия в сотни и миллионы раз сильнее, чем гравитация или электромагнетизм, две других фундаментальных силы.

Американские физики нашли способ обойти эту проблему, используя две относительно новые теории, сформулированные Хайнцом Пагельсом и Ричардом Фейнманом в 1960 годах. Первая из них описывает то, как гравитоны, пока еще открытые переносчики гравитации, взаимодействуют с протонами и "уносят" с собой информацию об их структуре. Вторая, в свою очередь, объясняет то, как кварки внутри элементарных частиц влияют на то, в какую сторону те отталкивают пучки электронов, сталкивающиеся с ними.

Как обнаружили Буркерт и его коллеги, обе эти теории были связаны друг с другом, что позволило им составить первую "карту" недр протона, обстреливая сосуд с жидким водородом пучком электронов высокой энергии.

Физики из России и Германии раскрыли аномалии в размерах протона

Когда электрон сталкивается с протоном, он передает часть своей кинетической энергии одному из кварков, используя виртуальный фотон, не существующий в реальности. Этот кварк, в свою очередь, выбрасывает в окружающую среду уже настоящую частицу света, чьи свойства будут зависеть от внутренней структуры протона.

Замеряя эти свойства фотонов и то, в какие стороны разлетелись протон и электрон, ученые смогли выяснить, как распределены источники сильных взаимодействий по протону и измерить давление, которое они порождают. Оно составляет фантастические 10 в 35 степени паскаль, что на порядок выше, чем давление в центре самых плотных объектов Вселенной – нейтронных звезд.

В ближайшее время Буркерт и его коллеги планируют "обстрелять" протоны электронами более высоких энергий, что позволит им повысить точность замеров и узнать некоторые другие их свойства, в том числе измерить точные размеры частицы и понять, почему данные по их радиусу, полученные разными способами, существенно расходятся.