Физики точно измерили электрическую поляризуемость протона и заметили аномалию
Хотя в более ранних измерениях многие считали это случайностью, новое, более точное измерение подтвердило наличие аномалии и поднимает вопросы о ее происхождении. Новое точное измерение электрической поляризуемости протона выявило скачок в данных, полученных в ходе исследований его структуры.
Измерения электрической поляризуемости протона показывают, насколько протон подвержен деформации в электрическом поле.
Подобно размеру или заряду, электрическая поляризуемость является фундаментальным свойством структуры протона.
Более того, точное определение электрической поляризуемости протона может помочь связать различные описания протона.
В зависимости от того, как его исследовать, протон может выглядеть как непрозрачная одиночная частица или как составная частица, состоящая из трех кварков, удерживаемых вместе сильным взаимодействием.
«Мы хотим понять субструктуру протона. И мы можем представить ее как модель с тремя сбалансированными кварками посередине», — говорят ученые.
«Теперь поместите протон в электрическое поле. Кварки имеют положительный или отрицательный заряд. Они будут двигаться в противоположных направлениях. Таким образом, электрическая поляризуемость отражает, насколько легко протон будет искажен электрическим полем».
Чтобы исследовать это искажение, физики-ядерщики использовали процесс, называемый виртуальным комптоновским рассеянием.
При виртуальном комптоновском рассеянии электроны взаимодействуют с другими частицами, испуская энергичный фотон или частицу света.
Энергия электрона определяет энергию излучаемого им фотона, которая также определяет, как фотон взаимодействует с другими частицами.
Фотоны с меньшей энергией могут отражаться от поверхности протона, в то время как фотоны с большей энергией будут взрываться внутри протона, взаимодействуя с одним из его кварков.
Теория предсказывает, что когда эти взаимодействия фотонов и кварков наносятся на график от более низких энергий к более высоким, они образуют плавную кривую.
«Эта простая картина не выдержала тщательного изучения. Вместо этого измерения выявили пока необъяснимую выпуклость», — говорят ученые.
«Мы видим, что есть некоторое локальное увеличение величины поляризуемости».
Поляризуемость уменьшается по мере увеличения энергии, как и ожидалось. И в какой-то момент кажется, что он снова временно поднимается, прежде чем упадет.
«Исходя из нашего текущего теоретического понимания, она должна следовать очень простому поведению. Мы видим что-то, что отклоняется от этого простого поведения. И это тот факт, который нас сейчас озадачивает».
Теория предсказывает, что более энергичные электроны более непосредственно исследуют сильное взаимодействие, поскольку оно связывает кварки вместе, образуя протон.
Странный всплеск, подтвержденный физиками-ядерщиками в кварках протона, сигнализирует о том, что может действовать неизвестная грань сильного взаимодействия.
«Есть кое-что, что мы явно упускаем на данный момент» — говорят ученые. Протон — единственный стабильный составной строительный блок в природе. Так что, если мы упускаем что-то фундаментальное, это имеет значение или последствия для всей физики».
Исследование опубликовано в журнале Nature.