Главная / Учение смешивают материю и антиматерию, чтобы решить десятилетнюю головоломку об протонах
19.10.2015 |
|
 Любители науки и научной фантастики были предупреждены о том, что смешивание вещества с антивеществом может дать взрывной результат. И это именно то, на что физики рассчитывают, в надежде решить головоломку, которая ставила их в тупик их за последнее десятилетие.
Головоломка поставляется из экспериментов, направленных на то, чтобы определить, как кварки, строительные блоки протона, расположены внутри этой частицы. Эта информация заперта внутри того, что ученые называют электрическим формфактором протона. Электрический форм-фактор описывает пространственное распределение кварков внутри протона посредством отображения заряда, который несут кварки.
Физики-ядерщики использовали два различных метода для измерения электрического формфактора протона. Но чем глубже они заходят внутри протона, тем больше результаты этих двух различных методов расходятся. В конце концов, результаты измерений, предоставленные одним из методов, выдали сумму приблизительно в пять раз больше, чем количество, полученное в результате другого измерения. Этот огромный разрыв гораздо больше, чем в экспериментальной погрешности в измерениях.
Эффект является результатом того, каким образом атомщики проводить свое зондирование на протоне. Протон зондируется посредством его подвергания энергичными электронами и наблюдения того, как взаимодействуют две частицы. Большую часть времени это взаимодействие состоит из электрона, обменивающегося одним виртуальным фотоном с протоном. Виртуальный фотон являются простым пакетом энергии, который электрон дает протону при столкновении с частицей. Но иногда, электрон взаимодействует с протоном по-разному; он может создать два виртуальных фотона, которые он передает протону.
Обычно, когда электрон рассеивается от протона или, он делает это путем обмена одной виртуального фотона. Поскольку электромагнитное взаимодействие является очень слабым, исследователи ожидают, что второй фотон, обменивается только в течение нескольких процентов времени. Но этот эффект нескольких процентов может быть достаточно большим, чтобы объяснить эту огромную разницу между измерениями электрического форм-фактора протона.
Поэтому ученым-ядерщикам был нужен хороший показатель того, насколько часто электрон, может создавать два фотона помощью этого двухфотонного эффекта. Но была большая проблема: никто никогда не измерял этот эффект, и его расчета на любой уровень точности был слишком трудным из-за сложности протона.
Чтобы получить такое количество, исследователи обратились к смешиванию вещества с антивеществом.
Как оказалось, в то время как непосредственное измерение двухфотонного эффекта могло быть слишком трудным для проведения, ученые вместо этого могли измерить различное количество, относимое к эффекту. Эффект двух фотонов может быть измерен косвенно, отмечая, как часто электрон взаимодействует с протоном и сравнивая, как часто антиматериальный двойник электрона, позитрон, взаимодействует с протоном. Разница между взаимодействиями электрона и позитрона калибрует силу эффекта двух фотонов и его влияние на измерения форм-фактора.
Использование непрерывный электронно-лучевой ускоритель в Лаборатории Джефферсона, исследователи начали с пучка электронов, которые они затем провели через две золотые фольги и несколько магнитов для получения пучка, состоящего из электронов и позитронов. Этот луч был направлен на протоны водородной мишени.
Затем они собрали данные по столкновениям электрон-позитрон и позитрон-протон со спектрометра. Поскольку подобный эксперимент никогда не был проведен раньше, им потребовалось четыре года, чтобы проанализировать данные и извлечь точные результаты.
Теперь, когда эта головоломка, по-видимому, стала решенной, атомщики будут дополнительно изучать электрический форм-фактор протона, открывая, где находятся кварки в протоне, и магнитный форм-фактор протона, показывая, как кварки движутся внутри протона, чтобы получить лучшее понимание того, как кварки строят протоны.
|
|
