Протоны могут содержать меньшую частицу, которая тяжелее самого протона

Новые исследования показывают, что протоны могут иметь больше «очарования», чем мы думали.

Протон — это одна из субатомных частиц, составляющих ядро атома. Какими бы маленькими ни были протоны, они состоят из еще более мелких элементарных частиц, известных как кварки, которые бывают разных «ароматов» или типов: верхние, нижние, странные, прелестные, нижние и верхние.

Обычно считается, что протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего кварка. Но новое исследование показало, что все гораздо сложнее.

Протоны также могут содержать очарованный кварк, элементарную частицу размером 1,5. раз больше массы самого протона. Что еще более странно, когда протон действительно содержит очарованный кварк, тяжелая частица по-прежнему несет только половину массы протона.

Все выводы сводятся к вероятностному миру квантовой физики. Хотя очарованный кварк тяжелый, вероятность его появления в протоне довольно мала, поэтому большая масса и малая вероятность в основном компенсируют друг друга.

Иными словами, полная масса кварка Обаятельный кварк не поглощается протоном, даже если очарованный кварк существует, сообщают Science News.

Хотя протоны являются основой структуры атомов, из которых состоит вся материя, они также очень сложно.

Физики на самом деле не знают фундаментальной структуры протонов. Квантовая физика считает, что помимо известных верхних и нижних кварков, другие кварки могут время от времени превращаться в протоны, сказал Стефано Форте, физик из Миланского университета, в подкасте Nature Briefing.

Forte. был соавтором новой статьи, показывающей доказательства очарования кварков в протонах, опубликованной в журнале Nature 17 августа.

Существует шесть типов кварков. Три из них тяжелее протонов, а три легче протонов. Очаровательный кварк — самый легкий из тяжелой группы, поэтому исследователи хотели начать с него, чтобы выяснить, может ли протон содержать кварк тяжелее, чем он сам. Они добились этого, применив новый подход к 35-летнему опыту столкновений с частицами.

По теме: Почему физиков интересуют загадочные особенности самого массивного кварка

Чтобы узнать о структуре субатомных и элементарных частиц, исследователи бросают частицы друг на друга с невероятной скоростью на ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер, крупнейший в мире ускоритель атомов, расположенный недалеко от Женевы.

Ученые с некоммерческим сотрудничеством NNPDF собрали эти данные о разрушении частиц, начиная с 1980-х годов, включая примеры экспериментов, в которых фотоны, электроны, мюоны, нейтрино и даже другие протоны разбивались на протоны.

Глядя на обломков от этих столкновений, исследователи могут реконструировать исходное состояние частиц.

В новом исследовании ученые передали все эти данные о столкновениях алгоритму машинного обучения, предназначенному для поиска закономерностей без каких-либо предвзятые представления о том, как могут выглядеть структуры.

Алгоритм вернул возможные структуры и вероятность того, что они действительно могут существовать.

Исследование выявило «небольшой, но не пренебрежимо малый» шанс найти очарованный кварк, Forte Об этом сообщает Nature Briefing. По словам Форте, уровень доказательств был недостаточным для того, чтобы исследователи объявили о неоспоримом открытии очарованного кварка в протонах, но результаты являются «первым убедительным доказательством» того, что он может там существовать.

По словам Форте, структура протона важна, потому что для открытия новых элементарных частиц физикам придется обнаружить незначительные различия между тем, что предполагают теории, и тем, что на самом деле наблюдается. Это требует чрезвычайно точных измерений субатомных структур.

На данный момент физикам все еще нужно больше данных о неуловимом «прелести» внутри протона. Будущие эксперименты, такие как планируемый электронно-ионный коллайдер в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк, могут помочь, сказал Science News Тим Хоббс, физик-теоретик из Фермилаборатории в Батавии, штат Иллинойс.

Материалы по теме: