Ученым впервые удалось создать детализированную и точную модель атомных ядер, используя крошечные частицы, из которых состоят протоны и нейтроны: кварки и глюоны. Это открытие решило загадку, над которой исследователи работали на протяжении нескольких десятилетий. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Источник изображения: pixabay.com
Атомные ядра, являющиеся основой атомов, состоят из протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, состоят из кварков, связанных между собой глюонами. Несмотря на то что это стало известно еще в 1960-х годах, до недавнего времени было сложно использовать эти данные для объяснения результатов экспериментов с атомными ядрами. Научное сообщество использовало две различные модели: одну для экспериментов с низкими энергиями, когда видны протоны и нейтроны, и другую для высоких энергий, где наблюдаются кварки и глюоны. Международная группа физиков, включая ученых из Польской академии наук, смогла объединить эти два подхода.
Доктор Александр Кусина, один из авторов работы, отметил, что их исследование позволило интегрировать миры протонов и нейтронов с низкими энергиями и кварков с глюонами с высокими энергиями. Исследователи анализировали атомные ядра, разбивая их на более мелкие элементы и изучая результаты столкновений. При низких энергиях атомные ядра проявляют себя как состоящие из протонов и нейтронов, тогда как при высоких энергиях становятся видимыми кварки и глюоны. Хотя эксперименты в обоих диапазонах были успешно смоделированы, объединить эти модели в единую оставалось сложной задачей.
Для достижения цели команда использовала данные высокоэнергетических столкновений, включая информацию с Большого адронного коллайдера (БАК) в Швейцарии, с целью составить карту распределения кварков и глюонов в ядрах. Они применили математические инструменты, известные как функции распределения партонов (PDF), которые описывают расположение кварков и глюонов внутри протонов и нейтронов.
Инновационным подходом стало расширение PDF для учета взаимодействия протонов и нейтронов в парах, что ранее понималось только в контексте низкоэнергетических моделей. Этот метод позволил исследователям описать структуру атомных ядер для 18 различных элементов как в условиях высокой, так и низкой энергии.
Одним из основных результатов стало выявление того, что большинство пар нуклонов внутри ядер состоит из комбинации протонов и нейтронов, что имеет особое значение для тяжелых элементов, таких как золото и свинец. Новая модель также позволила сделать более точные предсказания о поведении кварков и глюонов в атомных ядрах.
Доктор Кусина подчеркнул, что новая модель не только упрощает теоретическое описание атомных ядер, но и способствует повышению точности будущих исследований. Это достижение открывает новые горизонты для понимания структуры атомных ядер и объединяет знания, полученные в ходе высокоэнергетических и низкоэнергетических экспериментов, становясь важным шагом вперед в ядерной физике.
Источник: knowridge.com
Источник
