質(zhì)子內(nèi)部粒子的奇怪景觀以前所未有的方式繪制

這質(zhì)子和中子組成原子核的是由三個(gè)更小的基本粒子組成的，稱為夸克。

一項(xiàng)新的研究現(xiàn)在已經(jīng)以前所未有的細(xì)節(jié)繪制了不同種類夸克在內(nèi)部的分布圖。質(zhì)子，擴(kuò)展了我們對(duì)原子這一重要部分的理解。

雖然質(zhì)子內(nèi)的量子景觀是一團(tuán)糟夸克及其對(duì)立的反夸克突然出現(xiàn)和消失，兩種“味道”普遍優(yōu)于其他“味道”;兩個(gè)上味夸克和一個(gè)單下味夸克。

在布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的理論物理學(xué)家Shohini Bhattacharya的帶領(lǐng)下，一組研究人員現(xiàn)在已經(jīng)創(chuàng)建了兩者中分辨率最高的地圖。夸克的味道.

“我們的計(jì)算表明，上夸克比下夸克分布更對(duì)稱，分布距離更小，”說(shuō)理論物理學(xué)家Swagato Mukherjee，來(lái)自布魯克海文實(shí)驗(yàn)室。

研究人員的發(fā)現(xiàn)表明，上夸克和下夸克在內(nèi)能、自旋和各種其他性質(zhì)方面對(duì)質(zhì)子的影響不同。這反過(guò)來(lái)又有助于分析未來(lái)。基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn).

你可以把它想象成對(duì)一袋彈珠的研究：袋子是質(zhì)子，夸克是通過(guò)力介導(dǎo)的“膠子”粒子松散地固定到位的彈珠。該研究繪制了這些彈珠之間的相互作用。

各種先進(jìn)的分析技術(shù)用于將散射光反射到粒子中并計(jì)算它們的動(dòng)量變化。以前，這種計(jì)算假設(shè)動(dòng)量的變化在整個(gè)過(guò)程中是相等的，但團(tuán)隊(duì)的計(jì)算證實(shí)了事實(shí)并非如此。

這使他們能夠在不增加計(jì)算能力的情況下更準(zhǔn)確地測(cè)量更多的散射事件。然后，他們將更精確的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于模型以獲得進(jìn)一步的見解。

“為了獲得詳細(xì)的地圖，我們需要分析許多散射相互作用，涉及質(zhì)子動(dòng)量變化的各種值，”說(shuō)巴塔查里亞。

令人難以置信的是，上夸克和下夸克的反應(yīng)占質(zhì)子（袋）自旋的不到70%。這表明膠子發(fā)揮的作用比以前假設(shè)的要大。

使用的關(guān)鍵技術(shù)之一是晶格量子色動(dòng)力學(xué)（QCD），它將夸克放置在4D結(jié)構(gòu)上，以便在超級(jí)計(jì)算機(jī)的幫助下精確地對(duì)它們進(jìn)行建模。評(píng)估所有可能的相互作用，然后計(jì)算出每種相互作用的各種概率。

最終，該團(tuán)隊(duì)能夠以比以前努力高出約10倍的分辨率繪制出這袋彈珠。說(shuō)到這里基礎(chǔ)物理學(xué)像這樣工作，更高的分辨率可以產(chǎn)生巨大的不同。

科學(xué)家們?nèi)栽趯W(xué)習(xí)更多關(guān)于夸克以及這些基本粒子如何為我們?cè)谟钪嬷锌吹降娜绱硕嗟臇|西奠定基礎(chǔ)。

已經(jīng)計(jì)劃使用新計(jì)算作為基礎(chǔ)的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)連續(xù)電子束加速器設(shè)施（CEBAF）和電子離子對(duì)撞機(jī)（EIC） – 研究自然和物質(zhì)本身的基本規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)應(yīng)該有助于驗(yàn)證本研究產(chǎn)生的模型。

“這兩個(gè)互補(bǔ)的東西 - 理論和實(shí)驗(yàn) - 必須結(jié)合起來(lái)才能獲得質(zhì)子的完整圖像。說(shuō)來(lái)自天普大學(xué)的物理學(xué)家約書亞·米勒。

該研究已發(fā)表在物理回顧D.

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