Seltsame Sicht auf Teilchen im Inneren eines Protons, gerendert wie nie zuvor: ScienceAlert

Die Protonen Und Neutronen Atomkerne bestehen aus drei kleineren Elementarteilchen, den sogenannten Quarks.

Eine neue Studie hat nun beispiellose Details zur Verteilung der verschiedenen Quarkarten innerhalb eines Planeten ermittelt Protonwas unser Verständnis dieses äußerst wichtigen Teils des Atoms erweitert.

Obwohl die Quantenlandschaft innerhalb von Protonen ein heißes Durcheinander von Quarks und ihren Antiquarks ist, die auftauchen und verschwinden, gibt es eine allgemeine Dominanz der „Flavours“ gegenüber den anderen; Zwei Up-Flavour-Quarks und ein Down-Flavour-Quark.

Unter der Leitung des theoretischen Physikers Shohini Bhattacharya vom Brookhaven National Laboratory hat ein Forscherteam nun die bisher höchstaufgelöste Karte der beiden erstellt. Quark-Aromen.

Unsere Berechnungen zeigen, dass das Up-Quark gleichmäßiger verteilt ist und sich über eine kürzere Distanz ausbreitet als das Down-Quark. sagen Theoretischer Physiker Swagato Mukherjee vom Brookhaven Lab.

Die Ergebnisse der Forscher deuten darauf hin, dass die Up- und Down-Quarks das Proton hinsichtlich der inneren Energie, des Spins und verschiedener anderer Eigenschaften unterschiedlich beeinflussen. Dies wiederum wird dazu beitragen, zukünftige grundlegende physikalische Experimente zu analysieren.

Man kann sich das wie eine Untersuchung eines Sacks mit Murmeln vorstellen: Der Sack ist das Proton und die Quarks sind die Murmeln, die durch kraftwirkende „Gluon“-Teilchen lose an ihrem Platz gehalten werden. Die Forschung ermittelte die Wechselwirkungen dieser Sphären untereinander.

Eine Vielzahl von Fortgeschrittene Analysetechniken Sie dienten dazu, das an die Teilchen gestreute Licht zurückzuwerfen und deren Impulsänderungen zu berechnen. Früher ging man bei solchen Berechnungen davon aus, dass die Impulsänderungen überall gleich sein würden, doch die Berechnungen des Teams bestätigten das Gegenteil.

Dadurch konnten sie mehr Streuereignisse mit größerer Präzision messen, ohne die Rechenleistung zu erhöhen. Anschließend wandten sie ihre genaueren Ergebnisse auf die Modelle an, um weitere Erkenntnisse zu gewinnen.

„Um eine detaillierte Karte zu erhalten, müssen wir mehrere Streuwechselwirkungen analysieren, die unterschiedliche Werte der Impulsänderung des Protons beinhalten.“ sagen Bhattacharya.

Unglaublicherweise machten die Wechselwirkungen der Up- und Down-Quarks weniger als 70 Prozent des Spins des Protons (Beutels) aus. Dies deutet darauf hin, dass Gluonen eine größere Rolle spielen als bisher angenommen.

Eine der Haupttechnologien war das Netz Quantenchromodynamik (QCD), das Quarks auf einer vierdimensionalen Struktur platziert, um sie mit etwas Hilfe eines Supercomputers präzise zu modellieren. Alle möglichen Interaktionen werden bewertet und dann werden für jede unterschiedliche Möglichkeiten ausgearbeitet.

Am Ende war das Team in der Lage, diesen Beutel mit Murmeln mit etwa zehnmal größerer Genauigkeit zu kartieren als bei früheren Versuchen. Wenn es darum geht, grundlegende physikalische Untersuchungen wie diese durchzuführen, kann eine höhere Auflösung den entscheidenden Unterschied machen.

Wissenschaftler lernen immer noch mehr über Quarks und wie diese fundamentalen Teilchen den Grundstein für vieles legen, was wir im Universum sehen.

Weitere Experimente auf Basis der neuen Konten sind bereits geplant Kontinuierliche Elektronenstrahlbeschleunigeranlage (CEBAF) und Elektronenionenbeschleuniger (EIC) – Experimente, die sich mit den Grundgesetzen der Natur und der Materie selbst befassen. Diese Experimente sollen dazu beitragen, die in dieser Studie erstellten Modelle zu validieren.

„Diese beiden komplementären Dinge – Theorie und Experiment – ​​müssen kombiniert werden, um ein vollständiges Bild des Protons zu erhalten.“ sagen Physiker Joshua Miller von der Temple University.

Forschung veröffentlicht in körperliche Untersuchung d.