質(zhì)子內(nèi)部粒子的奇怪景觀以前所未有的方式繪制

這質(zhì)子和中子組成原子核的是由三個更小的基本粒子組成的，稱為夸克。

一項新的研究現(xiàn)在已經(jīng)以前所未有的細(xì)節(jié)繪制了不同種類夸克在內(nèi)部的分布圖。質(zhì)子，擴(kuò)展了我們對原子這一重要部分的理解。

雖然質(zhì)子內(nèi)的量子景觀是一團(tuán)糟夸克及其對立的反夸克突然出現(xiàn)和消失，兩種“味道”普遍優(yōu)于其他“味道”;兩個上味夸克和一個單下味夸克。

在布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的理論物理學(xué)家Shohini Bhattacharya的帶領(lǐng)下，一組研究人員現(xiàn)在已經(jīng)創(chuàng)建了兩者中分辨率最高的地圖。夸克的味道.

“我們的計算表明，上夸克比下夸克分布更對稱，分布距離更小，”說理論物理學(xué)家Swagato Mukherjee，來自布魯克海文實(shí)驗(yàn)室。

研究人員的發(fā)現(xiàn)表明，上夸克和下夸克在內(nèi)能、自旋和各種其他性質(zhì)方面對質(zhì)子的影響不同。這反過來又有助于分析未來。基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn).

你可以把它想象成對一袋彈珠的研究：袋子是質(zhì)子，夸克是通過力介導(dǎo)的“膠子”粒子松散地固定到位的彈珠。該研究繪制了這些彈珠之間的相互作用。

各種先進(jìn)的分析技術(shù)用于將散射光反射到粒子中并計算它們的動量變化。以前，這種計算假設(shè)動量的變化在整個過程中是相等的，但團(tuán)隊的計算證實(shí)了事實(shí)并非如此。

這使他們能夠在不增加計算能力的情況下更準(zhǔn)確地測量更多的散射事件。然后，他們將更精確的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于模型以獲得進(jìn)一步的見解。

“為了獲得詳細(xì)的地圖，我們需要分析許多散射相互作用，涉及質(zhì)子動量變化的各種值，”說巴塔查里亞。

令人難以置信的是，上夸克和下夸克的反應(yīng)占質(zhì)子（袋）自旋的不到70%。這表明膠子發(fā)揮的作用比以前假設(shè)的要大。

使用的關(guān)鍵技術(shù)之一是晶格量子色動力學(xué)（QCD），它將夸克放置在4D結(jié)構(gòu)上，以便在超級計算機(jī)的幫助下精確地對它們進(jìn)行建模。評估所有可能的相互作用，然后計算出每種相互作用的各種概率。

最終，該團(tuán)隊能夠以比以前努力高出約10倍的分辨率繪制出這袋彈珠。說到這里基礎(chǔ)物理學(xué)像這樣工作，更高的分辨率可以產(chǎn)生巨大的不同。

科學(xué)家們?nèi)栽趯W(xué)習(xí)更多關(guān)于夸克以及這些基本粒子如何為我們在宇宙中看到的如此多的東西奠定基礎(chǔ)。

已經(jīng)計劃使用新計算作為基礎(chǔ)的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)連續(xù)電子束加速器設(shè)施（CEBAF）和電子離子對撞機(jī)（EIC） – 研究自然和物質(zhì)本身的基本規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)應(yīng)該有助于驗(yàn)證本研究產(chǎn)生的模型。

“這兩個互補(bǔ)的東西 - 理論和實(shí)驗(yàn) - 必須結(jié)合起來才能獲得質(zhì)子的完整圖像。說來自天普大學(xué)的物理學(xué)家約書亞·米勒。

該研究已發(fā)表在物理回顧D.

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