Что скрывают протоны и нейтроны — учёные раскрыли тайну атомного ядра
Почти сто лет наука описывала строение атомного ядра через протоны и нейтроны — так называемые нуклоны. Но у этих частиц есть более глубокий уровень — кварки и глюоны. Они впервые были обнаружены в 1960-х, и с тех пор оставались своего рода "темной материей" ядерной физики: известные, но не участвующие в практическом описании ядерных процессов при низких энергиях.
Что изменилось
Международная группа ученых из nCTEQ, включая специалистов Института атомной физики Польской академии наук, сделала то, что долго считалось невозможным. Они смогли описать свойства атомных ядер, опираясь не на привычные нуклоны, а на кварки и глюоны — даже при низких энергиях.
Как им это удалось
Исследователи использовали данные о столкновениях ядер с электронами, в том числе с Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе. Основным инструментом стали функции распределения партонов (PDF) — вероятностные модели, показывающие, где внутри ядра "прячутся" кварки и глюоны.
Ключевая инновация — в добавлении к PDF-моделям эффекта спаривания нуклонов. Ученые предложили описывать ядро как совокупность коррелированных пар: протон-протон, нейтрон-нейтрон и, чаще всего, протон-нейтрон. Это позволило учитывать взаимодействия даже на партонном уровне.
Что это даёт
Такой подход улучшил точность моделирования, особенно при низкоэнергетических столкновениях. Впервые партонная модель смогла воспроизвести данные, которые раньше объяснялись только нуклонными теориями. Это объединение двух подходов открывает путь к более полному пониманию атомного ядра — как на низких, так и на высоких энергиях.
Уточнения
Нейтро́н (от лат. neuter - ни тот, ни другой) — тяжёлая субатомная частица, не имеющая электрического заряда. Нейтрон является фермионом и принадлежит к группе барионов.