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

Найден опасный порог плотности кости для операций на позвоночнике

Найден опасный порог плотности кости для операций на позвоночнике

Ученые выяснили, что Средиземное море быстро теплеет и становится солонее на глубине до 4 км

Ученые выяснили, что Средиземное море быстро теплеет и становится солонее на глубине до 4 км

Коктейли из антител могут направлять вирусы в эволюционные тупики

Коктейли из антител могут направлять вирусы в эволюционные тупики

Две области мозга борются друг с другом перед рискованным решением

Две области мозга борются друг с другом перед рискованным решением

«Квантум Парк» начал продажи квантовых компьютеров для научных центров

«Квантум Парк» начал продажи квантовых компьютеров для научных центров

Антарктический лед сохранил след движения Солнечной системы через межзвездное облако

Антарктический лед сохранил след движения Солнечной системы через межзвездное облако

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

«Розовый шум» во время сна усиливает очистку мозга: новое исследование MIT

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Травля медведей была привезена в Англию норманнами

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Пять медицинских роботов, которые уже меняют работу больниц прямо сейчас

Пять медицинских роботов, которые уже меняют работу больниц прямо сейчас

Ученые удалили ядовитый сероводород из нефти звуком и вакуумом

Ученые удалили ядовитый сероводород из нефти звуком и вакуумом

ИИ-калькулятор снизит стоимость проектирования фибробетона на 30%

ИИ-калькулятор снизит стоимость проектирования фибробетона на 30%

Ученые использовали ИИ для создания несмываемых цветных изображений на металле

Ученые использовали ИИ для создания несмываемых цветных изображений на металле

Марсоход Curiosity обнаружил на Марсе необычные неглубокие ямы

Марсоход Curiosity обнаружил на Марсе необычные неглубокие ямы