Исследование подтверждает, что протон имеет собственный очарованный кварк
Физики спорили об этом почти 40 лет, но новый анализ данных, полученных коллаборацией NNPDF, показал, что существует еще одна фундаментальная частица, называемая кварком, которая действительно притягивает протоны. Уникальные свойства этих кварков могут иметь важные последствия для поиска новой физики.
Содержание статьи:
Вся материя, окружающая США, состоит из атомов, а атомы состоят из субатомных частиц. Протоны и нейтроны составляют ядро, в котором важнейшую роль играют электроны. Согласно Стандартной модели физики частиц, протоны являются S o-вычисленными составными частицами. Экспериментальные данные показывают, что они состоят как минимум из трех частиц (два восходящих кварка и один нисходящий кварк), соединенных глюонами. Однако квантовая теория предсказывает, что протон может содержать несколько других кварковых пар, в том числе притягивающие кварки, которые больше самого протона.
Теоретики считают, что эти притягивающие кварки «присущи» протону. Это означает, что они не являются результатом взаимодействия с внешними частицами, а входят в состав протона на больших временных масштабах. Однако до сих пор не существует экспериментов, которые могли бы доказать существование этих естественно притягательных кварков. Сотрудничество NNPDF, которое использует методы машинного обучения для анализа огромного количества столкновений, наконец-то предоставило долгожданное доказательство.
Проанализированы данные о более чем 500 000 столкновений
Коллаборация NNPDF (Neural Network Partner Distribution Function) проводит исследования в области физики высоких энергий. Его цель — определить точную структуру протона (т.е. его компоненты, распределение кварков и глюонов) с помощью методов искусственного интеллекта. Эти знания являются неотъемлемой частью программы исследований ЦЕРН на Большом адронном коллайдере (БАК).
Читайте также: Исследование подтверждает, что вода может принимать две различные жидкие формы
Вода имеет три физических состояния: жидкое, твердое (лед) и газообразное (пар), в зависимости от температуры и давления окружающей среды. Знаете ли вы,..
В частности, группа использовала модели машинного обучения для построения различных виртуальных структур протонов с разными кварками. Напомним вкратце, что существует шесть ароматов: вверх, вниз, зачарованный, странный, истинный и приятный. Затем эти различные структуры протонов сравнивались с результатами более полумиллиона реальных столкновений, произошедших в ускорителях частиц за последнее десятилетие.
Они обнаружили, что небольшая часть (0,5%) импульса протона находится в очарованной области. Последняя намного тяжелее восходящих и нисходящих кварков (в тысячи раз тяжелее восходящих кварков!). Это открытие связано с экспериментом LHCB (БАК), проведенным в прошлом году, в частности с Z-бозоном, который показал существование кварков, перетаскиваемых протонами. Согласно своим расчетам, команда считает, что именно кварки и их античастицы спонтанно появляются, притягиваемые протонами (масса которых чуть меньше 1 ГэВ), каждый с массой около 1,5 ГэВ.
Уверенность все еще слишком низкая
Таким образом, каким бы невероятным это ни казалось, протон может состоять из частиц, больших, чем он сам! Это противоречит интуиции. Это все равно, что купить килограммовый пакет соли и получить два килограмма песка: вы не можете получить столько же песка в килограммовом пакете соли, сколько в килограммовом пакете песка. Но это вполне возможно в квантовой механике», — объясняет автор статьи, описывающей полученные результаты.
Исследователи также утверждают, что если в протоне нет пары кварк-антикварк, то вероятность получения экспериментально наблюдаемого значения составляет всего 0,3%. Это дает уровень доверия к результатам в три сигмы. Это то, что мы называем важной метрикой в физике частиц, говорит Рохо. Однако для того, чтобы результат считался действительно значимым, необходим уровень в пять сигм. Поэтому необходимы дальнейшие исследования, чтобы перейти от состояния «доказательства» к состоянию «открытия».
В ускорителях частиц при движении сталкивающихся протонов выделяется так много энергии, что из них образуются тяжелые кварки и их античастицы. Альтернативой являются кварки, которые могут спонтанно появляться на невозмущенных низкоэнергетических протонах.
Это явление встречается редко, но может быть очень важным для экспериментов на БАК: эксперимент ЦЕРН производит столкновения между протонами и ищет тонкие аномалии, которые указывают на новые частицы и силы. Это возможно только в том случае, если мы полностью поймем их природу», — заключают физики.
