Атомы наконец-то расшифрованы — создана революционная кварк-глюонная модель

Исследователи разработали новаторскую модель, которая объединяет традиционную ядерную физику, сосредоточенную на протонах и нейтронах, с динамикой кварк-глюонов, наблюдаемой при высоких энергиях.

Атомы наконец-то расшифрованы — создана революционная кварк-глюонная модель

Почти сто лет назад были открыты протоны и нейтроны, основные составляющие атомных ядер. Долгое время их считали неделимыми, но в 1960-х ученые выдвинули теорию, что эти частицы могут иметь более сложную структуру, включающую кварки и глюоны, особенно при высоких энергиях. Эта гипотеза вскоре была подтверждена экспериментами.

Однако долгое время оставалась проблема: низкоэнергетические эксперименты с протонами и нейтронами не стыковались с моделями, основанными на кварках и глюонах. Этот разрыв удалось преодолеть только недавно, благодаря исследованию, опубликованному в Physical Review Letters командой ученых из коллаборации nCTEQ, куда входят специалисты Института ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN).

До сих пор у нас было два параллельных описания атомных ядер: одно для низких энергий, где мы видим протоны и нейтроны, и другое для высоких энергий, где проявляются кварки и глюоны. В нашей работе мы объединили эти два мира.
Доктор Александр Кусина, один из ведущих теоретиков исследования.

Чтобы понять, как устроены атомные ядра, физики используют эксперименты, в которых сталкивают частицы и анализируют результаты. При низких энергиях ядра ведут себя как системы из протонов и нейтронов, а при высоких — как системы из кварков и глюонов. До недавнего времени эти два подхода существовали отдельно, и никто не мог объединить их в одну теорию.

Для своего исследования ученые IFJ PAN использовали данные с Большого адронного коллайдера (LHC) в CERN, чтобы изучить структуру атомных ядер на уровне кварков и глюонов. Они использовали функции распределения партонов (PDF), чтобы показать, как кварки и глюоны распределены внутри протонов и нейтронов, а также по всему ядру. Это позволило вычислить вероятность появления конкретных частиц при столкновении протонов или электронов с ядрами.

Главная инновация этого исследования заключалась в том, что ученые расширили партонные функции, учитывая сильные взаимодействия между протонами и нейтронами, которые создают коррелированные пары (протон-протон, нейтрон-нейтрон и протон-нейтрон). Это позволило детально описать партонные структуры для 18 разных атомных ядер, а также количество таких коррелированных пар.

Результаты подтвердили наблюдения из низкоэнергетических экспериментов: большинство коррелированных пар — это пары протон-нейтрон. Особенно это интересно для тяжелых ядер, таких как свинец или золото. Новый подход оказался более точным в сравнении с традиционными методами описания партонных распределений в ядрах.

Мы улучшили модель взаимодействия нуклонов, осознав, что этот эффект важен и на уровне кварков и глюонов. Это позволило упростить теоретическое описание и в будущем даст возможность более точно изучать структуру отдельных ядер.
Доктор Кусина

Эти результаты открывают новые возможности для лучшего понимания структуры атомных ядер, впервые объединяя поведение ядер при низких и высоких энергиях.

Читайте также

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Смоделирован квантовый механизм передачи информации в клетке

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Размер кристалла помог предсказать магнитные свойства сложных материалов

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Ростех представил робота DOKA RC5 для 3D-биопечати кожи

Ростех представил робота DOKA RC5 для 3D-биопечати кожи

ИИ впервые успешно прошел видео-тест Тьюринга в формате живого диалога

ИИ впервые успешно прошел видео-тест Тьюринга в формате живого диалога

Как работает E Ink: почему электронные чернила похожи на бумагу и почти не расходуют заряд?

Как работает E Ink: почему электронные чернила похожи на бумагу и почти не расходуют заряд?

GPT-6 Astra прошла стартовую зону World of Warcraft без единого кадра игры

GPT-6 Astra прошла стартовую зону World of Warcraft без единого кадра игры