Американские физики впервые наблюдали, как возникают и исчезают виртуальные частицы антиматерии внутри протонов. Благодаря этому можно будет уточнить, как они влияют на свойства и поведение материи. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature.
"Мы до сих пор плохо понимаем, как ведут себя виртуальные кварки и антикварки внутри протонов и как их присутствие влияет на свойства материи. Пары этих частиц существуют крайне недолго, однако мы проследили за аннигиляцией антикварков. Это приблизило нас к пониманию того, почему их доли в протонах различаются", – рассказал один из авторов работы, научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории Пол Реймер.
Почти все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками и глюонами. В протонах, нейтронах и других "тяжелых" частицах (барионах) содержится три кварка. Более легких частицах, мезонах, один кварк и один антикварк.
Внутри подобных частиц есть не только реальные кварки, но и так называемое "море" виртуальных частиц – множество непрерывно рождающихся и исчезающих пар кварков и антикварков.
По словам Реймера и его коллег, эти частицы могут сильно влиять на различные фундаментальные свойства частиц, такие как их спин и заряд. Однако точно оценить силу их влияния ученые не могут, поскольку для их "освобождения" и изучения необходимы гигантские температура и энергия, которые существовали во Вселенной только в момент Большого взрыва.
В начале 1990-х ученые попытались косвенным путем выяснить, как подобные "виртуальные" частицы могут влиять на поведение протонов и атомов дейтерия, которые состоят из одного протона и нейтрона. Оказалось, что при низких скоростях движения кварков внутри протонов содержится гораздо больше "нижних", чем "верхних" антикварков, тогда как при высоких скоростях эта пропорция становилась обратной.
Из-за этого физики-теоретики стали спорить, как возникла эта асимметрия в распределении частиц антиматерии и связанных с ними частиц материи, почему она меняется при высоких энергиях и как ее существование может проявляться в свойствах протонов. Реймер и его коллеги сделали большой шаг к разрешению этих споров. Они впервые детально проследили за аннигиляцией антиматерии внутри протонов.
Для этого специалисты Аргоннской национальной лаборатории разогнали большое количество протонов до высоких и низких энергий и столкнули их с мишенью, которая состояла из жидкого водорода или дейтерия. В зависимости от того, какие типы "виртуальных" частиц были внутри протонов в момент их столкновения, в результате кварки и антикварки аннигилировали и возникали мюоны – тяжелые "аналоги" электронов.
Изучив наборы мюонов, которые образовывались в результате подобных столкновений, физики обнаружили, что при повышении или понижении энергии столкновений соотношение разных типов антикварков внутри протонов почти не менялось. С одной стороны, это разрешило проблему существования видимой асимметрии антиматерии внутри протонов, а с другой поставило под сомнение все теории, которые опираются на факт ее наличия.
Реймер и его коллеги надеются, что дальнейшее изучение результатов измерений и новые изыскания теоретиков помогут объяснить разночтения в результатах опытов и понять, как виртуальное море частиц, рождающихся и исчезающих внутри протонов, влияет на заряд, спин и другие фундаментальные свойства всех видимых скоплений материи мироздания.
По информации https://nauka.tass.ru/nauka/10774437
