
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

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

Учёные говорят, что обнаружили огромный тайный город под египетскими пирамидами
Проверять пока не разрешили....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...

Гигантский айсберг скрывал древнюю живую экосистему
Губки и кораллы благоденствуют на обнажившемся морском дне в месте, ранее недоступном взгляду....