Новий підхід об’єднує теоретичні основи з експериментальними дослідженнями структури протона

Протони та інші субатомічні частинки, які піддаються сильній ядерній силі, мають складну структуру, яка передбачає ще більш фундаментальні складові, які називаються кварками та глюонами. Ці кварки та глюни зв’язуються під впливом квантової хромодинаміки (QCD). QCD – це теорія сильної взаємодії кварків та роль кольорової симетрії.

Однак механізми, що призводять до кварків та глюонів, що поєднуються, утворюючи частинки, які ми бачимо в природі, дуже загадкові та погано зрозумілі. Наприклад, віртуальні кварки та глюни постійно з’являються і зникають у нашій поточній картині динаміки в протоні. Отже, на які кварки та глюни насправді є “у” протоні – це важке запитання.

Значна частина експериментальної роботи, пов’язаної з вилученням кварк та глюонної структури протонів, відбувається на існуючих прискорювачі частинок, таких як Національний прискорювач Томаса Джефферсона та релятивістський важкий іонний колайдер, та в майбутньому в електронному іонному колайдері.

Основна частина досліджень QCD обумовлена ​​метою вирішення відкритих фундаментальних питань в основі того, як працює QCD та як квантові механічні теорії можна об’єднати з теорією відносності.

Нещодавній прогрес у теоретичному QCD відкрив шлях до з’єднання питань щодо структури таких частинок, як протон, з високоенергетичними вимірюваннями зіткнення частинок.

Оскільки теоретики генерують нові ідеї щодо QCD, інші дослідники планують експерименти з тестування цих ідей. Ці випробування передбачають зіткнення частинок, таких як електрони та протони при високих енергіях, а потім вивчають результати.

Екстраполюючи назад у часі, фізики використовуватимуть залишки зіткнень, щоб висувати інформацію про структуру вихідних частинок.

Однак ті самі теоретичні труднощі, які мотивували ці дослідження, залишили ключове питання невирішеним. А саме, як вчені стосуються фізики конкретних зіткнень з фізикою внутрішньої структури самих частинок?

Тепер робота, опублікована в журналі Фізичний огляд D Забезпечує панель інструментів, необхідний для вирішення цього питання, а також враховує теоретичні тонкощі.

Значна частина сучасних досліджень структури протона, як теоретичної, так і експериментальної, передбачає ідентифікацію, видобутку та аналіз розподілу зв’язаних станів кварків та глюонів у протоні, відображення їх руху та розуміння того, як це стосується загальних спостережуваних властивостей протона, як його спін та маса.

У минулому дослідники виявили невідповідності в тому, як фізики поєднували фундаментальну теорію QCD для вивчення даних. Нові теоретичні результати дають чіткий рецепт та підвищити впевненість, що дані, отримані в майбутніх експериментах, можуть бути надійно інтерпретовані.