Протон - одна из субатомных частиц, составляющих ядро атома. Какими бы маленькими ни были протоны, они состоят из еще более мелких элементарных частиц, известных как кварки, которые бывают разных "ароматов"...
Обычно считается, что протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего кварка. Но новое исследование показывает, что все гораздо сложнее. Протоны также могут содержать очарованный кварк - элементарную частицу, масса которой в 1,5 раза превышает массу самого протона. Что еще более странно, когда протон действительно содержит очарованный кварк, тяжелая частица по-прежнему несет примерно половину массы протона.
Все открытие сводится к вероятностному миру квантовой физики. Хотя очарованный кварк тяжелый, вероятность того, что он возникнет в протоне, довольно мала, поэтому большая масса и малая вероятность в основном "уравновешивают" друг друга. Иными словами, полная масса очарованного кварка не поглощается протоном, даже если очарованный кварк там есть.
Хотя протоны лежат в основе структуры атомов из которых состоит материя, они невероятно сложны. Физики на самом деле не знают фундаментальной структуры протонов. Квантовая физика утверждает, что помимо известных верхних и нижних кварков, другие кварки могут время от времени появляться в протонах.
Существует шесть типов кварков. Три из них тяжелее протонов, а три легче. Очарованный кварк - самый легкий из тяжелой группы, поэтому исследователи хотели начать с него, чтобы выяснить, может ли протон содержать кварк тяжелее, чем он сам. Они сделали это, применив новый подход к 35-летним данным о столкновении частиц.
Чтобы узнать о структуре субатомных и элементарных частиц, исследователи сталкивают частицы друг с другом с невероятной скоростью на ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер. Ученые из некоммерческой организации NNPDF collaboration собрали эти данные о разрушении частиц, начиная с 1980-х годов, включая примеры экспериментов, в которых фотоны, электроны, мюоны, нейтрино и даже другие протоны разбивались на протоны. Глядя на обломки этих столкновений, исследователи могут реконструировать исходное состояние частиц.
В новом исследовании ученые передали все эти данные о столкновениях алгоритму машинного обучения, предназначенному для поиска закономерностей без каких-либо предвзятых представлений о том, как могут выглядеть структуры. Алгоритм вернул возможные структуры и вероятность того, что они действительно могут существовать.
Исследование выявило "небольшой, но не пренебрежимо малый" шанс найти очарованный кварк. Уровень доказательств был недостаточно высок, чтобы исследователи могли объявить о неоспоримом открытии очарованного кварка в протонах, но результаты являются "первым убедительным доказательством" того, что он может быть там.
Структура протона важна, потому что для открытия новых элементарных частиц физикам придется обнаружить незначительные различия между тем, что предполагают теории, и тем, что на самом деле наблюдается. Это требует чрезвычайно точных измерений субатомных структур.
Ставьте лайки, подписывайтесь и обязательно оставляйте свои комментарии!