Вперше виміряно тиск всередині протона

Всередині кожного протона в кожному атомі у Всесвіті діє такий тиск, який перевершує нищівний тиск нейтронної зірки - згідно з першим виміром механічної властивості субатомних частинок, розподілу тиску всередині протона, який було проведено вченими на національній Прискорювальній установці Томаса Джефферсона Департаменту енергетики.

Фізики-ядерники виявили, що будівельні блоки протону, кварки, піддаються тиску 100 децільйонів Паскаля (10³⁵) поблизу центру протона, що приблизно в 10 разів перевищує тиск у серці нейтронної зірки. Результат нещодавно опублікували в журналі Nature.

«Ми виявили надзвичайно високий зовнішній спрямований тиск з центру протона і набагато нижчий і розширений внутрішній спрямований тиск поблизу периферії протона», - пояснює Фолькер Буркерт, Керівник лабораторії Джефферсона, і співавтор статті.

Буркерт каже, що розподіл тиску всередині протона продиктовано сильною ядерною взаємодією - силою, яка пов'язує три кварки разом, щоб утворити протон.

«Наші результати також проливають світло на розподіл сил всередині протона», - сказав він. "Ми надаємо спосіб візуалізації величини і розподілу сильної ядерної сили всередині протона. Це відкриває абсолютно новий напрямок в ядерній фізиці та фізиці частинок, який може бути вивчено в майбутньому.

Теоретик, який розробив концепцію гравітаційних форм-факторів у 1966 році, Хайнц Пагельс, зауважив у статті, яка докладно описує їх, що «дуже мало надії дізнатися що-небудь про детальну механічну структуру частинки через крайню слабкість гравітаційної взаємодії».

Але, по-перше, існують узагальнені розподілу партонів. GPD дозволяють дослідникам створювати тривимірне зображення структури протона, яке досліджується електромагнітною силою. Другий - гравітаційні форм-фактори протону. Ці форм-фактори описують, якою буде механічна структура протона, якби фізики могли дослідити протон через гравітаційну силу.

Недавні теоретичні роботи пов'язали GPDs з гравітаційними форм-факторами, що дозволило замінити результати електромагнітних зондів протонів гравітаційними зондами.

"У цьому вся принада. У нас є ця карта, яку, як ми думали, ми ніколи не отримаємо ", - сказала Латіфа Елуадрірі, науковий співробітник лабораторії Джефферсона і співавтор статті.

У процесі DVCS електрон входить у протон і обмінюється віртуальним фотоном з кварком, передаючи енергію кварку і протону. Через деякий час протон вивільняє цю енергію, випускаючи ще один фотон, і продовжує залишатися недоторканим. Цей процес аналогічний розрахункам, виконаним для того, як можна було б дослідити протон гравітаційно за допомогою гіпотетичного пучка гравітонів. Дослідники лабораторії Джефферсона змогли використовувати схожість між відомими електромагнітними і гіпотетичними гравітаційними дослідженнями, щоб отримати їх результат.

"Туди входить Фотон і виходить Фотон, а пара фотонів - це спін-1. Це дає нам ту ж інформацію, що і обмін однією гравітонною часткою зі спином-2 ", - говорить Франсуа-Ксав'є Гірод, науковий співробітник лабораторії Джефферсона і співавтор статті. «Таким чином, тепер можна в основному зробити те ж саме, що ми зробили в електромагнітних процесах - але щодо гравітаційних форм-факторів, які представляють механічну структуру протона».

Дослідники кажуть, що наступним кроком є застосування методу до ще більш точних даних, які будуть доступні найближчим часом, щоб зменшити невизначеності в поточному аналізі і почати роботу з виявлення інших механічних властивостей повсюдного протона, таких як внутрішні сили зрушення і механічний радіус протона.