Внутри протона обнаружена сила, эквивалентная 10 сжатым слонам

Традиционные методы исследования не позволяют измерить силу, связывающую кварки вместе. Чтобы раскрыть силы внутри протона, авторы исследования использовали вычислительную технику, называемую решеточной квантовой хромодинамикой (Lattice QCD). Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Понимание взаимодействий внутри протонов крайне важно для ядерной физики и теоретических моделей, поскольку это может повысить точность высокоэнергетических экспериментов. Чтобы решить эту проблему, международная группа исследователей провела исследование, направленное на картирование сил, действующих внутри протона.

«Впервые мы сделали невидимые силы внутри протона видимыми, преодолев разрыв между теорией и экспериментом», — сказал один из авторов исследования, доцент Ричард Янг из Университета Аделаиды.

Чтобы определить эти силы, исследователи использовали метод, известный как решеточная квантовая хромодинамика (Lattice QCD). Этот метод использует мощные суперкомпьютеры для моделирования взаимодействия кварков и глюонов.

Вместо того чтобы непосредственно наблюдать за частицами, что является сложной задачей, ученые построили виртуальную решетку, разделив пространство и время на маленькие дискретные точки. Такой подход позволил им использовать сложные уравнения для моделирования взаимодействий внутри протона.

Результаты показали, что силы, действующие внутри протона, могут достигать полумиллиона ньютонов.

«Это эквивалентно весу примерно 10 слонов, сжатых в объеме, гораздо меньшем, чем атомное ядро», — пояснил ведущий исследователь Джошуа Кроуфорд, аспирант Университета Аделаиды.

Понимание внутренней динамики протонов представляет собой значительный шаг вперед в изучении ядерной физики и физики частиц. Это исследование может проложить путь для будущих открытий, потенциально ведущих к созданию более эффективных ядерных реакторов, новых материалов и передовых методов лечения рака.

Например, протонная терапия — метод лечения рака, в котором используются высокоэнергетические протоны для воздействия на опухоли, — может выиграть от более глубокого понимания поведения протонов, что повысит точность такого лечения.

«Подобно тому, как ранние открытия в области света привели к созданию современных лазеров, расширение наших знаний о структуре протона может открыть новые возможности в науке и медицине», — добавил Янг.

Исследование также подчеркивает важность вычислительных методов в современной физике. Решеточная КХД требует огромных вычислительных ресурсов, и без развития суперкомпьютеров такое глубокое понимание структуры протона было бы невозможно. Эта работа демонстрирует, как теоретические модели, подкрепленные мощными вычислениями, могут раскрыть фундаментальные аспекты природы.

Дальнейшие исследования в этой области могут сосредоточиться на изучении влияния этих сил на другие ядерные процессы и свойства. Понимание распределения сил внутри протона может помочь в создании более точных моделей атомных ядер и их взаимодействий, что, в свою очередь, может привести к новым открытиям в области ядерной энергии и астрофизики.

В конечном счете, раскрытие тайн протона не только расширяет наше понимание фундаментальных законов физики, но и открывает новые горизонты для технологических инноваций и медицинских прорывов. Это исследование является важным шагом на пути к более полному пониманию строительных блоков материи и сил, которые управляют Вселенной.