Немецкие ученые завершили 23-летнее исследование адронной частицы

Коллаборации HERA (Hadron-Electron Ring Accelerator) из крупнейшего в Германии центра физики элементарных частиц DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) завершили 23-летние исследования внутренней структуры и свойств протона. Результаты своей работы ученые опубликовали в сети.

Об этом сообщает Lenta.ru.

В рамках исследований, с 1992-го по 2007 год физики провели две серии экспериментов, а с 2008 года анализировали полученную информацию. Их данные исследований физики протона признаны научным сообществом наиболее точными.

Ускоритель HERA, расположенный в Гамбурге, уникален тем, что, в отличие от Большого адронного коллайдера (БАК, - ред.), сталкивает протоны не друг с другом, а с бесструктурными частицами, лептонами-электронами, а также их античастицами – позитронами. Поэтому HERA состоит из двух различных ускорительных колец – сверхпроводящего, в котором разгоняются протоны, и расположенного под ним кольца, где разгоняются лептоны.

"Эта публикация – кульминация научной программы HERA и останется наиболее точной картиной протона надолго. Это важно не только для понимания самых фундаментальных свойств материи, но и для многих экспериментов на протонных коллайдерах, подобных БАКу в ЦЕРН", - говорит Йоахим Мних, директор по исследованиям DESY.

Ускоритель HERA был разработан специально для того, чтобы заглянуть вглубь протона. Используя электроны в качестве зондов, 6,3-километровое сверхпроводящее кольцо разгоняет протоны до околосветовых скоростей, чтобы затем они столкнулись с электронами и позитронами, разогнанными в противоположном направлении до столь же высоких скоростей в нижнем кольце. Электроны и позитроны проникают внутрь протона, где электромагнитным или слабым образом взаимодействуют с его составляющими.

Два эксперимента были посвящены процессам лептон-протонного рассеяния, и их результаты позволили лучше понять внутреннюю структуру протонов, описываемую квантовой хромодинамикой (КХД). В отличие от хорошо разработанной квантовой электродинамики, описывающей электромагнитные взаимодействия (например, таких частиц, как фотоны и электроны), КХД является пока полуэмпирической теорией.

Протоны есть в каждом ядре атома и состоят из трех кварков - двух верхних и одного нижнего, сильное взаимодействие между которыми осуществляется посредством глюонов. Как показали исследования HERA, реальная структура протона сложнее, поскольку внутри частицы могут рождаться и уничтожаться виртуальные глюоны, а также пары кварк-антикварк.

Основной научный результат, достигнутый на ускорителе HERA, состоит именно в этом. При низких скоростях протон ведет себя как частица, состоящая из трех кварков. По мере увеличения скорости протона внутри него рождаются виртуальные частицы: из увеличивающегося количества глюонов возникают виртуальные пары кварк-антикварк. То есть структура протона зависит от его скорости (или скорости наблюдателя).

Результаты работы коллаборации в целом подтвердили теоретические выводы КХД, согласно которым при увеличении энергии столкновения частиц внутри протона повышается вероятность рождения виртуальных частиц, так что его структура становится сложнее – частица буквально "закипает". Однако эксперименты HERA не ответили на все вопросы в области Стандартной модели низких энергий, уточняют исследователи.

Напомним, ранее сообщалось, что в Китае построят суперколлайдер.