
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

Невероятно, но факт: на планете все еще существует страна без комаров
Ученые рассказали, почему на этом уникальном острове никак не могут закрепиться кровососы...

Американская вакцина от COVID-19 превратила миллионы людей в инвалидов?
Официально — нет, но, похоже, Трамп косвенно подтвердил этот факт...

Неизвестная история: Как обычная селедка стала… нефтью Средневековья
Эта рыба поссорила половину Европы, развязала жестокие войны и построила первую капиталистическую империю...

Российские ученые «взломали» главный секрет полета микронасекомых
Многие эксперты называют это открытие одним из главных технологических прорывов года...

Оказалось, в смещении магнитного Северного полюса виноваты два объекта
Ученые говорят: в подземной «дуэли» Сибирь оказалась сильнее Канады...

Скрытая правда о причинах Французской революции: версия климатологов
Новое исследование рассказало, как извержение вулкана в Исландии привело к падению Бастилии...

Этот древний родственник крокодила буквально шинковал динозавров своими жуткими зубами
Палеонтологи мрачно шутят: «Какое счастье, что Kostensuchus atrox вымер 70 миллионов лет назад»...

Кто придумал самогон? Невероятная история 3000-летней давности
Археологи говорят: первый «аппарат» появился не в России и не в Европе. Удивительно, но эта простая конструкция отлично работает до сих пор...

Левиафаны южных морей: Клювы-кинжалы, двухметровый рост и 150 кг веса
Ученые рассказали, почему пингвины уступили власть над океаном и стали такими, как есть...

Бездна костей в Испании рассказала, какую жуткую цену платили древние люди за выживание в ледниковый период
Антропологи выяснили: выбор между голодной смертью и мучительной спячкой до сих пор дремлет в наших генах...

Научное исследование показало: медицинские перчатки стали неожиданной угрозой для пациентов
По всему миру происходят нарушения протоколов, но врачи стараются молчать об этом. Почему?...

NASA поручило микробиологу выяснить, как выглядят… инопланетяне
Самое интригующее в этой истории то, что в космос лететь вообще не придется...

Ну хоть что-то полезное: выяснилось, что человечество случайно создало защитный космический «пузырь» вокруг Земли
А теперь эта «случайность» еще и поможет нам легче летать в космос, а, может, и найти инопланетные цивилизации...