Только 9 процентов объема субатомной частицы происходит от массы ее кварков
Масса протона - это не просто сумма его частей. И теперь ученые знают, что именно объясняет подъем субатомной частицы.
Протоны состоят из еще более мелких частиц, называемых кварками, поэтому вы можете ожидать, что простое сложение масс кварков даст вам массу протона. Однако эта сумма слишком мала, чтобы объяснить объем протона. И новые подробные расчеты показывают, что только 9 процентов веса протона приходится на массу составляющих кварков. Остальная масса протона происходит от сложных эффектов, происходящих внутри частицы, сообщают исследователи в « Physical Review Letters» от 23 ноября.
Кварки получают свою массу от процесса, связанного с бозоном Хиггса, элементарной частицей, впервые обнаруженной в 2012 году ( SN: 7/28/12, стр. 5 ). Но «массы кварков крошечные», - говорит соавтор исследования и физик-теоретик Кех-Фей Лю из университета Кентукки в Лексингтоне. Таким образом, для протонов объяснение Хиггса не дотягивает.
Вместо этого большая часть 938 миллионов электрон-вольт массы протона обусловлена сложностями квантовой хромодинамики, или КХД, теории, которая учитывает взбалтывание частиц внутри протона. Выполнение расчетов с помощью КХД чрезвычайно сложно, поэтому для теоретического изучения свойств протона ученые полагаются на метод, называемый решеточной КХД, в котором пространство и время разбиваются на сетку, на которой находятся кварки.
Используя эту технику, физики предварительно рассчитали массу протона ( SN: 20/20/08, с. 13 ). Но ученые до сих пор не поняли, откуда взялась эта масса, говорит физик-теоретик Андре Уокер-Лоуд из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в Калифорнии. «Это захватывающе, потому что это признак того, что… мы действительно достигли этой новой эры», в которой решетка КХД может использоваться для лучшего понимания ядерной физики.
Лю и его коллеги выяснили, что в дополнение к 9 процентам массы протона, получаемой из массы кварков, 32 процента поступают от энергии кварков, движущихся внутри протона. (Это потому, что энергия и масса являются двумя сторонами одной медали, благодаря известному уравнению Эйнштейна, E = mc 2. ) Другие обитатели протона, безмассовые частицы, называемые глюонами, которые помогают удерживать кварки вместе, вносят еще 36 процентов своей энергии.
Остальные 23 процента возникают из-за квантовых эффектов, которые возникают, когда кварки и глюоны взаимодействуют сложным образом внутри протона. Эти взаимодействия заставляют КХД нарушать принцип, называемый масштабной инвариантностью. В масштабно-инвариантных теориях растяжение или сжатие пространства и времени не имеют значения для результатов теорий. Массивные частицы обеспечивают теорию масштабом, поэтому, когда КХД не поддается масштабной инвариантности, протоны также набирают массу.
Результаты исследования не удивительны, говорит физик-теоретик Андреас Кронфельд из Фермилаба в Батавии, штат Иллинойс. Ученые давно подозревали, что масса протона была составлена таким образом. Но, по его словам, «этот вид расчетов заменяет убеждение научным знанием».
Понравилась статья?! Подпишись и поставь лайк, помоги развитию канал. Всем желаю удачи и успехов.
