Новые знания о распределении массы в адронах

Ученые могут определить массу субатомных частиц, которые состоят из кварков, изучая энергию и импульс частиц. Одна из величин, кодирующих эту информацию, называемая аномалией следа, связана с тем фактом, что физические наблюдаемые величины из экспериментов с высокими энергиями зависят от задействованных масштабов энергии/импульса. Исследователи полагают, что аномалия следа имеет решающее значение для удержания кварков связанными в субатомных частицах.

В исследовании, опубликованном в Physical Review D, ученые рассчитали аномалию следа как для нуклонов (протонов или нейтронов), так и для пионов. Результаты показали, что распределение массы пиона очень похоже на распределение заряда нейтрона, тогда как распределение массы нуклона больше похоже на распределение заряда протона.

Понимание происхождения массы нуклона является важнейшей научной целью будущего электронно-ионного коллайдера (EIC). Исследователи стремятся выяснить, как масса кварков и глюонов распределяется внутри адронов, таких как протоны и нейтроны, которые удерживаются вместе сильным взаимодействием.

Недавние расчеты показывают, что распределение масс в адронах можно определить численно, используя подходы первого принципа, основанные на фундаментальных физических законах. Этот новый метод поможет ученым интерпретировать данные экспериментов по ядерной физике, обеспечивая более глубокое понимание внутренней структуры адронов и механизмов, которые приводят к появлению их массы.

Эксперименты по исследованию происхождения массы нуклона запланированы для будущего электронно-ионного коллайдера (EIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории. Эти эксперименты будут использовать электронно-протонное рассеяние для создания состояний, чувствительных к внутренней структуре протона, в частности, к распределению глюонов.

Анализируя данные рассеяния, ученые стремятся отобразить, как масса кварков и глюонов распределена внутри протона. Этот процесс похож на то, как рентгеновская дифракция использовалась для выявления двойной спирали ДНК. Теоретические расчеты, основанные на Стандартной модели, помогают направлять эти эксперименты, предсказывая, как масса распределяется внутри адронов, и предоставляя основу для интерпретации экспериментальных результатов.

Результаты раскрывают важные сведения о том, как распределяется масса внутри частиц, таких как пион и нуклон. В частности, результаты показывают, что структура пиона играет ключевую роль в связывании двух фундаментальных аспектов Стандартной модели: существование абсолютной шкалы (связанной с массой) и асимметрия между левосторонними и правосторонними величинами, которые являются центральными для поведения фундаментальных частиц и взаимодействий. Эта связь помогает углубить наше понимание базовых симметрий и механизмов, управляющих субатомным миром.