Квантовая физика

Раскрыты детали атомного ядра: новый взгляд на кварки и глюоны

Атомное ядро, сложная структура, состоящая из протонов и нейтронов, удерживается вместе более мелкими частицами, называемыми кварками и глюонами. Несмотря на первоначальное убеждение, что все свойства атомных ядер можно объяснить, используя только кварки и глюоны, потребовались десятилетия упорных исследований и экспериментов, чтобы достичь этого понимания.

С тех пор как почти столетие назад были открыты протоны и нейтроны, которые первоначально считались неделимыми. Затем физики узнали, что они состоят из кварков. Однако им было трудно воспроизвести с помощью кварк-глюонных моделей результаты ядерных экспериментов при низких энергиях, когда в атомных ядрах видны только протоны и нейтроны.

Недавно совместные усилия под руководством исследователей из Института ядерной физики в Польше и других привели к значительному прорыву. Они нашли способ преодолеть разрыв между двумя взглядами на атомные ядра, создав более полное понимание их функционирования.

«До сих пор существовало два параллельных описания атомных ядер: одно основано на протонах и нейтронах, которые мы можем видеть при низких энергиях, а другое, для высоких энергий, основано на кварках и глюонах. В нашей работе нам удалось объединить эти два до сих пор разделенных мира», — говорит доктор Александр Кусина, один из трех теоретиков из Польской академии наук (IFJ PAN), принимающих участие в исследовании.

Физики из IFJ PAN использовали данные высокоэнергетических столкновений, таких как на БАК в ЦЕРНе, для изучения партонной структуры атомных ядер.

Они сосредоточились на функциях распределения партонов (PDF), которые показывают, как кварки и глюоны располагаются внутри протонов и нейтронов. Понимание этих распределений помогает ученым предсказывать, как частицы ведут себя при столкновениях. (Партоны — это точечноподобные составляющие адронов, проявляющаяся в экспериментах по глубоко неупругому рассеянию адронов на лептонах и других адронах. Партонная модель была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году для анализа столкновения протонов при высоких энергиях).

Их инновационная работа объединила традиционные ядерные модели, которые изучают низкоэнергетические взаимодействия протонов и нейтронов, с PDF для анализа 18 различных атомных ядер. Этот новый подход позволил им определить распределения кварков и глюонов и то, как нуклоны (протоны и нейтроны) образуют пары.

Исследователи обнаружили, что пары протон-нейтрон являются наиболее распространенными, особенно в тяжелых ядрах, таких как золото и свинец. Этот метод также повысил точность экспериментальных предсказаний по сравнению со старыми методами.

«В нашей модели мы внесли улучшения для моделирования спаривания определенных нуклонов. Это потому, что мы поняли, что этот эффект может быть также актуален на уровне партонов. Интересно, что это позволило концептуально упростить теоретическое описание, что позволило нам более точно изучать распределения партонов для отдельных атомных ядер» — говорят ученые.

Сильное соответствие между теоретическими предсказаниями и экспериментальными данными означает, что впервые ученые успешно использовали партонную модель и высокоэнергетические данные для объяснения поведения атомных ядер, которое ранее понималось только через низкоэнергетические нуклонные описания.

Этот прорыв предлагает новое понимание структуры атомного ядра, эффективно объединяя его высоко- и низкоэнергетические характеристики для более унифицированного понимания.

Поделиться в соцсетях
Дополнительно
Physical Review Letters
Показать больше
Подписаться
Уведомление о
guest
8 Комментарий
Первые
Последние Популярные
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Геннадий Григорьевич
Геннадий Григорьевич
Гость
28 дней назад

Прорыв начнется после того, как объяснят почему нейтронов в ядре обычно больше чем протонов

RobinzoNN
RobinzoNN
Гость
Ответить на  Геннадий Григорьевич
28 дней назад

Протоны обладают положительным зарядом, и согласно закону Кулона, они отталкиваются друг от друга. Если бы в ядре было слишком много протонов по сравнению с нейтронами, электростатическое отталкивание между протонами стало бы слишком сильным, что могло бы привести к нестабильности ядра.

Нейтроны, не имея электрического заряда, не подвержены электростатическому отталкиванию. Вместо этого они участвуют в сильном ядерном взаимодействии, которое действует между нуклонами (протонами и нейтронами) и удерживает их вместе. Наличие большего количества нейтронов помогает компенсировать отталкивание между протонами за счёт увеличения силы ядерного взаимодействия, что делает ядро более стабильным.

RobinzoNN
RobinzoNN
Гость
Ответить на  Геннадий Григорьевич
28 дней назад

А по мере увеличения числа протонов в ядре (например, у более тяжёлых элементов), сила отталкивания между протонами становится ещё более значительной. Для того чтобы компенсировать все это, ядра нуждаются в большем количестве нейтронов, чтобы увеличить силу ядерного взаимодействия, которая способна удерживать нуклоны вместе.

Геннадий Григорьевич
Геннадий Григорьевич
Гость
Ответить на  RobinzoNN
27 дней назад

А может нейтроны и протоны которые образуют альфа частицы расположены в поверхностном слое ядра, а внутри его находятся остальные нейтроны?

RobinzoNN
RobinzoNN
Гость
Ответить на  Геннадий Григорьевич
26 дней назад

Идея о том, что нейтроны и протоны, образующие альфа-частицы (гелионные ядра), могут быть расположены на поверхности ядра, а остальные нейтроны внутри, — можно сказать, интересна, но не соответствует современным представлениям о структуре атомного ядра.

Физика описывает ядро как систему нуклонов (протонов и нейтронов), которые взаимодействуют через сильное ядерное взаимодействие. Эти нуклоны распределены по всему объему ядра, и их поведение описывается квантово-механическими законами. Ну и есть несколько причин, почему модель с альфа-частицами на поверхности не согласуется с известными фактами.

Геннадий Григорьевич
Геннадий Григорьевич
Гость
Ответить на  RobinzoNN
25 дней назад

Если не знаете, не пишите с апломбом о неких причинах. Моя модель подтверждается альфа распадом- ядрами гелия. А также и числом нейтронов для тяжёлых атомов.

RobinzoNN
RobinzoNN
Гость
Ответить на  Геннадий Григорьевич
24 дней назад

Вот вам несколько очень весомых причин: Нейтроны и протоны не разделяются на какие-то строго отдельные «слои» по всей области ядра. Они образуют квантовые состояния и распределены по всему объему ядра. Сильное ядерное взаимодействие удерживает их вместе, и это взаимодействие действует одинаково между всеми нуклонами (включая те, что могли бы составлять альфа-частицы). Если бы альфа-частицы были четко сформированы и размещены на поверхности ядра, это привело бы к более резкому распределению массы и заряда в ядре, чем мы наблюдаем на практике. Реальные измерения показывают, что масса и заряд распределены по ядру относительно равномерно. Существует теория о том, что в некоторых ядрах могут… Подробнее »

Геннадий Григорьевич
Геннадий Григорьевич
Гость
Ответить на  RobinzoNN
22 дней назад

Заряды ядер элементов следующих после лютеция могут оказаться иными. Если интересно. Окончательная версия таблицы химических элементов. https://dzen.ru/a/ZfxDgDZSlBcULKXu

Back to top button