Ученые создали карту сил внутри протона
Ученые сделали значительный шаг в понимании внутренней структуры протона, составив карту сил, действующих между кварками внутри него. Это достижение стало возможным благодаря использованию решеточной квантовой хромодинамики — мощного вычислительного метода, который моделирует сильное ядерное взаимодействие, одну из четырех фундаментальных сил природы.
Исследование, проведенное группой ученых под руководством Росса Янга из Университета Аделаиды, опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Протоны, наряду с нейтронами, являются основными компонентами атомных ядер и состоят из кварков, связанных сильным взаимодействием. Ученые смоделировали, как это взаимодействие проявляется в различных областях протона, используя сетку, которая разбивает пространство и время на микроскопические участки. Это позволило исследовать, как высокоэнергетические фотоны взаимодействуют с кварками.
Радиус протона составляет около 0,8–0,9 фемтометра, что делает его в 100 000 раз меньше атома. Несмотря на такие крошечные масштабы, силы, действующие внутри протона, оказались колоссальными — порядка полумиллиона ньютонов, что эквивалентно весу примерно 10 слонов, сжатых в пространстве, меньшем, чем атомное ядро.
Эти результаты не только углубляют понимание внутренней динамики протона, но и помогают объяснить его поведение в экспериментах на Большом адронном коллайдере и других установках, изучающих фундаментальную структуру материи.
Более того, такие исследования могут иметь практическое применение, например, в протонной терапии, где высокоэнергетические протоны используются для точного уничтожения опухолей, минимизируя повреждение здоровых тканей.
Росс Янг подчеркивает, что это исследование впервые делает невидимые силы внутри протона видимыми, преодолевая разрыв между теорией и экспериментом. Подобно тому, как ранние открытия в области света привели к созданию лазеров и современных методов визуализации, углубление знаний о структуре протона может стать основой для новых технологий в науке и медицине.