Протон похож на арахис
AstroNews.ru - 04 Января 2004 00:00:00
Структура протона оказалась в центре пристального внимания сотрудников Лаборатории Джефферсона американского Департамента энергетики. Серия экспериментов по выяснению строения этой элементарной частицы привела к неожиданным результатам. Оказывается, протон может иметь отнюдь не простую шарообразную форму, как это привыкли себе представлять физики. Основанием для такого вывода стали измерения распределения электрического заряда и намагничивания в протонах.
Основная цель ядерной физики заключается в изучении структуры и поведения вещества, участвующего в сильных взаимодействиях - а именно составляющих его частиц (кварков и глюонов). Важным шагом к этой цели является расшифровка внутренней структуры протонов и нейтронов. Это - одна из основных задач, для решения которых и была построена лаборатория Джефферсона.
Протон может выглядеть и как шар, и как тор, и как.... арахис!
Протон состоит из трех заряженных кварков и соединяющего их глюона. Кварки движутся, поэтому заряд протона распределяется по его объему. Движение заряженных кварков приводит к возникновению электрического тока, который, в свою очередь, создает магнитное поле. Помимо этого, и кварки и глюоны имеют спины, что приводит к возникновению магнитного момента. Сочетание общего магнитного поля и магнитного момента называется намагничиванием. Лаборатория Джефферсона занимается измерением электрического заряда и распределения намагничивания, описывающими внутреннюю структуру протона.
В двух недавних экспериментах исследователи направили поляризованный луч электронов на жидкий водород, охлажденный до 17 градусов по Кельвину. При столкновении таких электронов с протоном в атоме водорода протон отскакивал, становясь во время взаимодействия поляризованным. Отброшенные электрон и протон потом регистрировались двумя высокоточными спектрометрами, а поляризация протона измерялась особым прибором. В результате исследователи смогли установить соотношение распределения магнитного заряда к распределению намагничивания внутри протона. Эксперименты показали неожиданные и значительно расходящиеся энергозависимости для форм-факторов: распределение заряда отличается от распределения намагничивания - заряд более равномерно распределен. Между тем по устоявшимся в науке представлениям, распределение и электрического заряда, и намагничивания должно быть в протоне одинаковым.
Эти результаты заинтересовали как теоретиков, так и экспериментаторов. Они помогли вывести из рассмотрения некоторые несостоятельные модели, направив ученых к более точному описанию внутренней структуры протона. В частности, они подтвердили выдвинутую в 1996 году Г.Миллером и М.Франком из университета Вашингтона теорию, согласно которой, в частности, протон не обязательно шарообразен. В зависимости от углового момента кварков, протон может быть либо шарообразным, либо тором, либо кренделем в форме арахиса.