Внутри одного протона находится сила, равная силе 10 сжатых слонов, выяснили ученые

Протоны являются ключевыми элементами всей материи, их внутренняя структура, состоящая из кварков, до сих пор вызывает множество вопросов. Традиционные методы исследования не позволяют измерить силу, удерживающую кварки вместе. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Фото из открытых источников

Понимание взаимодействий внутри протонов имеет важное значение для ядерной физики и теоретических моделей, что может повысить точность экспериментов в области высоких энергий. В связи с этим международная группа исследователей провела исследование, цель которого заключалась в создании карты сил, действующих внутри протона.

«Мы впервые сделали невидимые силы внутри протона видимыми, что позволяет устранить разрыв между теорией и экспериментом», — отметил один из авторов исследования, доцент Ричард Янг из Университета Аделаиды.

Для выявления этих сил исследователи применили метод, известный как решёточная квантовая хромодинамика (Lattice QCD). Этот подход использует мощные суперкомпьютеры для моделирования взаимодействий кварков и глюонов. Вместо того чтобы наблюдать частицы напрямую, что представляет собой сложную задачу, исследователи создали виртуальную решетку, разбивая пространство и время на маленькие дискретные точки. Это позволяет применять сложные уравнения для моделирования взаимодействий внутри протона.

Полученные результаты показали, что силы, действующие внутри протона, могут достигать полумиллиона ньютонов. Это эквивалентно весу примерно десяти слонов, сжатых в объеме, значительно меньшем атомного ядра, как пояснил ведущий исследователь, аспирант Джошуа Кроуфорд из Университета Аделаиды.

Понимание внутренней динамики протонов является важным шагом в изучении ядерной физики и физики элементарных частиц. Это исследование может стать основой для будущих открытий, которые будут способствовать разработке более эффективных ядерных реакторов, новых материалов и методов лечения рака.

Например, протонная терапия — это метод лечения рака, при котором высокоэнергетические протоны атакуют опухоли. Более глубокое понимание поведения протонов может повысить точность таких методов лечения.

«Как и первые открытия в области света, которые привели к созданию современных лазеров, расширение наших знаний о структуре протона может открыть новые перспективы в науке и медицине», — добавил Янг.