
Тайны резонирующего протона
Протон — одна из основных частиц, составляющих атомное ядро. Он состоит из трех кварков — элементарных частиц, которые взаимодействуют между собой с помощью сильного ядерного взаимодействия. Протон имеет положительный электрический заряд и массу, немного меньшую, чем у нейтрона — другой нуклонной частицы.
Протон может находиться в разных состояниях энергии, в зависимости от того, как возбуждаются его кварки. Одно из таких состояний называется «нуклонным резонансом» и было обнаружено физиками еще в середине прошлого века. В этом состоянии протон образует сложную структуру, включающую кварк-антикварковую пару — мезон.
Нуклонный резонанс имеет огромное значение для понимания процессов, происходивших в древней Вселенной, когда температура и плотность материи были настолько высоки, что атомные ядра не могли существовать. Однако изучение этого состояния протона представляет большую трудность, так как оно живет очень короткое время — порядка 10^-23 секунды.
Недавно команда физиков из Гиссенского университета имени Юстуса Либиха в Германии и Коннектикутского университета США смогла получить новые данные о трехмерной структуре резонирующего протона с помощью магнитного ускорителя имени Томаса Джефферсона. Ученые использовали метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), который позволяет определять структуру молекул по спектрам поглощения электромагнитных волн водородными атомами.
В ходе эксперимента высокоэнергетический электронный пучок был направлен на камеру с охлажденным газообразным водородом. Электроны сталкивались с протонами мишени, возбуждая их кварки и переводя их в состояние нуклонного резонанса. Затем протоны распадались на новые частицы, которые регистрировались детекторами.
— руководитель эксперимента Стефан Диль.
Анализируя данные детекторов, ученые смогли реконструировать трехмерное изображение резонирующего протона и определить его размеры, форму и распределение заряда. Оказалось, что резонирующий протон имеет более сложную и асимметричную структуру, чем спокойный протон.
Его диаметр составляет около 0,9 фемтометра (10^-15 метра), а его заряд сосредоточен в центре и на периферии. Кроме того, ученые обнаружили, что резонирующий протон имеет ненулевой магнитный момент — свойство, которое делает его похожим на маленький магнит.
Вначале в раннем космосе была только плазма, состоящая из кварков и глюонов, которые вращались вокруг, потому что энергия была очень высокой. Затем, в какой-то момент, материя начала формироваться, и первыми вещами, которые образовались, были возбужденные нуклонные состояния. Когда Вселенная расширилась дальше, она остыла, и проявились нуклоны основного состояния.
С помощью этих исследований мы можем узнать о характеристиках этих резонансов. И это расскажет нам кое-что о том, как материя образовалась во Вселенной и почему Вселенная существует в ее нынешнем виде
— Стефан Диль.
Результаты исследования помогут лучше понять, как устроена материя на самом малом уровне и как она ведет себя при экстремальных условиях. Они также открывают новые возможности для изучения других нуклонных резонансов, таких как нейтронный резонанс или дельта-резонанс.
Протон может находиться в разных состояниях энергии, в зависимости от того, как возбуждаются его кварки. Одно из таких состояний называется «нуклонным резонансом» и было обнаружено физиками еще в середине прошлого века. В этом состоянии протон образует сложную структуру, включающую кварк-антикварковую пару — мезон.
Нуклонный резонанс имеет огромное значение для понимания процессов, происходивших в древней Вселенной, когда температура и плотность материи были настолько высоки, что атомные ядра не могли существовать. Однако изучение этого состояния протона представляет большую трудность, так как оно живет очень короткое время — порядка 10^-23 секунды.
Недавно команда физиков из Гиссенского университета имени Юстуса Либиха в Германии и Коннектикутского университета США смогла получить новые данные о трехмерной структуре резонирующего протона с помощью магнитного ускорителя имени Томаса Джефферсона. Ученые использовали метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР), который позволяет определять структуру молекул по спектрам поглощения электромагнитных волн водородными атомами.
В ходе эксперимента высокоэнергетический электронный пучок был направлен на камеру с охлажденным газообразным водородом. Электроны сталкивались с протонами мишени, возбуждая их кварки и переводя их в состояние нуклонного резонанса. Затем протоны распадались на новые частицы, которые регистрировались детекторами.
Возбуждения мимолетны, но они оставляют после себя доказательства своего существования в виде новых частиц, которые состоят из энергии возбужденных частиц, когда она разбрасывается. Эти новые частицы живут достаточно долго, чтобы детектор мог их уловить, поэтому команда могла реконструировать резонанс
— руководитель эксперимента Стефан Диль.
Анализируя данные детекторов, ученые смогли реконструировать трехмерное изображение резонирующего протона и определить его размеры, форму и распределение заряда. Оказалось, что резонирующий протон имеет более сложную и асимметричную структуру, чем спокойный протон.
Его диаметр составляет около 0,9 фемтометра (10^-15 метра), а его заряд сосредоточен в центре и на периферии. Кроме того, ученые обнаружили, что резонирующий протон имеет ненулевой магнитный момент — свойство, которое делает его похожим на маленький магнит.
Вначале в раннем космосе была только плазма, состоящая из кварков и глюонов, которые вращались вокруг, потому что энергия была очень высокой. Затем, в какой-то момент, материя начала формироваться, и первыми вещами, которые образовались, были возбужденные нуклонные состояния. Когда Вселенная расширилась дальше, она остыла, и проявились нуклоны основного состояния.
С помощью этих исследований мы можем узнать о характеристиках этих резонансов. И это расскажет нам кое-что о том, как материя образовалась во Вселенной и почему Вселенная существует в ее нынешнем виде
— Стефан Диль.
Результаты исследования помогут лучше понять, как устроена материя на самом малом уровне и как она ведет себя при экстремальных условиях. Они также открывают новые возможности для изучения других нуклонных резонансов, таких как нейтронный резонанс или дельта-резонанс.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Выяснилось, что суша вокруг Аральского моря... стремительно поднимается
И ученые сумели разгадать эту удивительную загадку природы....

В каменных гробницах древней Ирландии похоронены вовсе не те, о ком думали ученые
Генетический анализ переписывает историю неолита....

Тайна последнего Папы: сбудется ли пророчество XII века?
Три Петра, один престол: что об этом говорят историки и сам Ватикан?...

Что 220 дней в космосе сделали с 70-летним мужчиной?
Старейший астронавт NASA возвратился на Землю....

Застукали: антарктического гигантского кальмара впервые запечатлели в естественной среде
Прошёл век после открытия вида....

Невероятная история единственного человека, которому удалось проникнуть в Зону 51
Джерри Фримен не только выбрался оттуда, но и рассказал, что увидел....

«Двух монстров» засняли на камеру в знаменитом шотландском озере
Ученые не верят, но кого тогда видел очевидец?...

Американские военные приступили к строительству орбитального авианосца
Пентагон говорит, что это исключительно ради мира. Но эксперты прогнозируют военную эскалацию в космосе....

Оказывается, римляне периодически врали о своих победах в исторических хрониках
Недавно археологи обнаружили в Судане очередное яркое тому подтверждение....

Бетон в туннелях для автотранспорта гниёт удивительно быстро
Казалось бы прочный материал гложут микробы....

Китай испытал новейшую водородную, но не ядерную бомбу
Кто-то говорит, что это инновация, а кто-то, что такое уже было в СССР....

Ученые заставили человеческий глаз видеть совершенно новый цвет
Он называется оло, и его практически не описать словами....

Шимпанзе устраивают пьяные вечеринки
Похоже, у человека и близких видов это в крови....

Вороны еще раз подтвердили свою гениальность
Исследование показало, что эти птицы отлично распознают… геометрические фигуры....

Ученые доказали: вода на Земле не из космоса, а своя собственная
Она зародилась «автоматически». И это в корне меняет теорию жизни во Вселенной....

Нюхали чужие футболки: женщины полагаются на запах при выборе друзей
Наука требует странных опытов....