Учеными разработана новая теория для расчета того, что происходит внутри протона, движущегося со скоростью, близкой к скорости света. Это помогло увидеть взаимодействие частиц внутри протона.
До сих пор в научном мире не существовало описание структуры протона на высокой скорости.
Около 2 000 лет атом считался наименьшей из возможных частиц, но потом было обнаружено, что у него есть ядро, состоящее из протонов и нейтронов, окруженных электронами. Затем выяснилось, что протоны и нейтроны также содержат кварки и антикварки, удерживаемые вместе сильным взаимодействием, переносимым глюонами.
Более полувека назад простая кварковая модель, разработанная физиками Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом, выявила некоторую внутреннюю структуру протона в состоянии покоя. Эта модель помогла специалистам представить протон состоящим из трех кварков. Так были предсказаны его основные свойства, такие как электрический заряд и спин.
Дальнейшие эксперименты с протонами, ускоренными до околосветовых скоростей, показали, что этот нуклон еще сложнее, чем считалось ранее. К примеру, он содержит огромное количество частиц, они взаимодействуют друг с другом, а не только три кварка, связанные глюонами, которые при этом могут на короткое время превращаться в кварк-антикварковые пары, а затем возвращаться в исходное состояние.
Позднее Ричардом Фейнманом была предложена модель, согласно которой протон, движущийся с околосветовой скоростью, похож на луч, несущий бесконечное число кварков и глюонов, движущихся в том же направлении. Он назвал эти частицы “партонами”. Его партонная модель вдохновила физиков на определение набора величин, описывающих трехмерную структуру протона. Затем исследователи смогли измерить эти величины в экспериментах с педалью газа частиц.
Однако до сих пор теории, описывающие эти частицы, имели одну проблему: в них структура протона не различалась при разных скоростях, в то время как эксперименты показывали обратное.
Учеными в новом исследовании был использован суперкомпьютер для запуска модели, основанной на крупномоментной эффективной теории, LaMET. Были получены новые, более точные предсказания о структуре протона на высоких скоростях. В скором времени они будут проверены на коллайдере EIC.
Исследование ученых опубликовано в журнале Reviews of Modern Physics.
