物理学家证实质子结构的障碍

物理学家证实质子结构的障碍

质子

学分:Pixabay/CC0 公共领域

核物理学家已经证实,目前对质子结构的描述并非一帆风顺。 美国能源部的托马斯杰斐逊国家加速器设施对质子的电极化率进行了一项新的精确测量,揭示了质子结构探针中的数据存在差异。

虽然在早期的测量中被广泛认为是侥幸,但这种新的、更精确的测量证实了异常的存在,并引发了对其起源的质疑。 该研究刚刚发表在期刊上 自然.

新论文的第一作者、天普大学研究生李若南表示,质子的电极化率的测量揭示了质子在电场中对变形或拉伸的敏感性。 与大小或电荷一样,电极化率是质子结构的基本属性。

更重要的是,质子的电极化率的精确测定可以帮助弥合对质子的不同描述。 根据探测的方式,质子可能表现为不透明的单个粒子,也可能表现为由三个夸克通过强力结合在一起的复合粒子。

“我们想了解质子的子结构。我们可以把它想象成一个中间有三个平衡夸克的模型,”李解释说。 “现在,将质子置于电场中。夸克有正电荷或负电荷。它们会朝相反的方向移动。因此,电极化率反映了质子被电场扭曲的难易程度。”

为了探测这种扭曲,核物理学家使用了一种称为虚拟康普顿散射的过程。 它从杰斐逊实验室的连续电子束加速器设施(美国能源部科学办公室用户设施)中精心控制的高能电子束开始。 电子被发送撞击质子。

在虚拟康普顿散射中,电子通过发射高能光子或光粒子与其他粒子相互作用。 电子的能量决定了它发射的光子的能量,这也决定了光子如何与其他粒子相互作用。

能量较低的光子可能会从质子表面反弹,而能量较高的光子会在质子内部爆炸,与其中一个夸克相互作用。 理论预测,当这些光子-夸克相互作用从低能量到高能量绘制时,它们会形成一条平滑的曲线。

天普大学物理学副教授、实验发言人 Nikos Sparveris 表示,这张简单的图片经不起推敲。 相反,测量结果显示了一个尚未解释的肿块。

“我们看到的是,极化率的大小有一些局部增强。极化率随着能量的增加而降低,正如预期的那样。而且,在某些时候,它似乎会在下降之前暂时再次上升,”他说。 “根据我们目前的理论理解,它应该遵循一个非常简单的行为。我们看到了一些偏离这种简单行为的东西。而这正是目前让我们感到困惑的事实。”

该理论预测,能量更高的电子更直接地探测强力,因为它将夸克结合在一起形成质子。 核物理学家现在已经在质子的夸克中证实了这种奇怪的刚度峰值,这表明强力的未知方面可能在起作用。

“在这一点上我们显然缺少一些东西。质子是自然界中唯一稳定的复合构件。因此,如果我们在那里缺少一些基本的东西,它会对所有物理学产生影响或后果,”Sparveris确认的。

物理学家表示,下一步将进一步梳理这一异常的细节,并进行精密探测以检查其他偏差点,并提供有关异常来源的更多信息。

“我们想在不同的能量上测量更多的点,以呈现更清晰的画面,看看那里是否有任何进一步的结构,”李说。

斯帕维利斯同意了。 “我们还需要精确测量这种增强的形状。形状对于进一步阐明理论很重要,”他说。



更多信息:
Nikolaos Sparveris,测量的质子电磁结构偏离理论预测, 自然 (2022 年)。 DOI:10.1038/s41586-022-05248-1。 www.nature.com/articles/s41586-022-05248-1

由托马斯杰斐逊国家加速器设施提供

引文:物理学家确认质子结构中的障碍(2022 年 10 月 19 日),2022 年 10 月 19 日从 https://phys.org/news/2022-10-physicists-hitch-proton.html 检索

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