
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

NASA объявило: Найдены самые убедительные доказательства существования жизни на Марсе
Ученые тем временем выясняют, как могли выглядеть древние жители Красной планеты...

16-тонный саркофаг, заполненный сокровищами, может подтвердить одну из самых таинственных и кровавых легенд древнего Китая
Какой секрет хранила эта гробница, что оставалась единственной нетронутой два тысячелетия?...

Ученый утверждает: у него есть доказательства, что мы живем в матрице
По словам Мелвина Вопсона, подсказки он нашел в ДНК, расширении Вселенной и фундаментальных законах физики...

Новая операция по объединению людей и животных может подарить… вечную жизнь
Медики признаются: уже сейчас можно сделать новое тело человека. Но один орган пока не поддается науке...

Выяснилось, что полное восстановление озонового слоя закончится глобальной катастрофой
Как так вышло, что в борьбе за экологию человечество сделало себе еще хуже?...

Оказывается, решение проблемы выбоин на дорогах существует уже почти 100 лет
Почему технология, забытая полвека назад, возвращается и становится очень популярной?...

Разгадка феномена «копченых» мумий может переписать древнейшую историю человечества
Поразительно: этот погребальный обычай, возможно, используют уже 42 000 лет подряд!...

Не украли, а «присвоили»: историки выяснили, как и откуда семья Марко Поло раздобыла главный символ Венеции
Данные, полученные из «ДНК» льва святого Марка, помогли распутать детектив длиной в 700 лет...

К 2035 году сектор Газа должен стать… самым продвинутым регионом на планете под управлением ИИ
По словам экспертов, в дерзком эксперименте за 100 млрд долларов есть только один большой вопрос: Куда выселить местное население?...

Каждый год, как расписанию, на Марсе образуется странное облако
Долгое время ученые не могли разгадать эту аномалию, но теперь ответ наконец-то найден!...