Νέα έρευνα αποκαλύπτει πώς η βαρύτητα επηρεάζει το κβαντικό βασίλειο

By | February 12, 2024

Οι πυρηνικοί φυσικοί ανακάλυψαν τη βαθιά επίδραση της βαρύτητας στην κβαντική κλίμακα, αποκαλύπτοντας για πρώτη φορά την κατανομή της έντονης δύναμης μέσα στα πρωτόνια. Αυτή η πρωτοποριακή έρευνα, που συνδυάζει την ιστορική θεωρητική γνώση με τα σύγχρονα πειραματικά δεδομένα, παρέχει μια άνευ προηγουμένου κατανόηση της εσωτερικής δυναμικής του πρωτονίου και ανοίγει το δρόμο για μελλοντικές ανακαλύψεις στην πυρηνική επιστήμη.

Οι πυρηνικοί φυσικοί στο Jefferson Lab έχουν χαρτογραφήσει την κατανομή της ισχυρής δύναμης μέσα στο πρωτόνιο, χρησιμοποιώντας ένα πλαίσιο που σχετίζεται με τη βαρύτητα, ανοίγοντας μια νέα λεωφόρο εξερεύνησης.

Η επίδραση της βαρύτητας είναι αναμφίβολα εμφανής σε όλο το παρατηρήσιμο σύμπαν. Τα αποτελέσματά του φαίνονται στις συγχρονισμένες τροχιές των φεγγαριών γύρω από τους πλανήτες, σε κομήτες που εκτρέπονται από την πορεία τους λόγω της βαρυτικής έλξης μεγάλων άστρων και στις μεγαλειώδεις σπείρες τεράστιων γαλαξιών. Αυτά τα θαυμάσια φαινόμενα υπογραμμίζουν τον ρόλο της βαρύτητας στις μεγαλύτερες κλίμακες της ύλης. Εν τω μεταξύ, οι πυρηνικοί φυσικοί ανακαλύπτουν τη σημαντική συμβολή της βαρύτητας στις μικρότερες κλίμακες της ύλης.

Νέα έρευνα από πυρηνικούς φυσικούς στον Εθνικό Επιταχυντή Thomas Jefferson του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ χρησιμοποιεί μια μέθοδο που συνδέει τις θεωρίες της βαρύτητας με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μικρότερων σωματιδίων της ύλης για να αποκαλύψει νέες λεπτομέρειες σε αυτή τη μεγαλύτερη κλίμακα. μικρή. Η έρευνα αποκάλυψε, για πρώτη φορά, ένα στιγμιότυπο της κατανομής της ισχυρής δύναμης μέσα στο πρωτόνιο. Αυτό το στιγμιότυπο περιγράφει λεπτομερώς τη διατμητική τάση που μπορεί να ασκήσει η δύναμη στα σωματίδια κουάρκ που αποτελούν το πρωτόνιο. Το αποτέλεσμα δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Απόψεις για τη σύγχρονη φυσική.

Επισκόπηση της δομής πρωτονίων

Σύμφωνα με τον επικεφαλής συγγραφέα της μελέτης, τον ανώτερο επιστήμονα του Jefferson Lab, Volker Burkert, η μέτρηση αποκαλύπτει μια εικόνα για το περιβάλλον στο οποίο εξελίσσονται τα δομικά στοιχεία του πρωτονίου. Τα πρωτόνια αποτελούνται από τρία κουάρκ που συνδέονται μεταξύ τους με μια ισχυρή δύναμη.

«Στο αποκορύφωμά του, αυτό είναι πάνω από τέσσερις τόνοι δύναμης που θα έπρεπε να εφαρμοστούν σε ένα κουάρκ για να το τραβήξει από το πρωτόνιο», εξήγησε ο Burkert. «Η φύση, φυσικά, δεν μας επιτρέπει να διαχωρίσουμε ένα μόνο κουάρκ από το πρωτόνιο λόγω μιας ιδιότητας των κουάρκ που ονομάζεται «χρώμα». Υπάρχουν τρία χρώματα που αναμειγνύουν τα κουάρκ στο πρωτόνιο για να το κάνουν άχρωμο από έξω, απαραίτητη προϋπόθεση για την ύπαρξή του στο διάστημα. Προσπαθώντας να εξαγάγετε ένα έγχρωμο κουάρκ από το πρωτόνιο θα δημιουργήσει ένα άχρωμο ζεύγος κουάρκ/αντι-κουάρκ, ένα μεσόνιο, χρησιμοποιώντας την ενέργεια που βάλατε στην προσπάθεια να διαχωρίσετε το κουάρκ, αφήνοντας πίσω ένα άχρωμο πρωτόνιο (ή νετρόνιο). Έτσι, οι 4 τόνοι είναι μια απεικόνιση της εγγενούς δύναμης του πρωτονίου.

Το αποτέλεσμα είναι μόνο η δεύτερη από τις μηχανικές ιδιότητες του πρωτονίου που πρέπει να μετρηθεί. Οι μηχανικές ιδιότητες του πρωτονίου περιλαμβάνουν την εσωτερική του πίεση (μετρημένη το 2018), την κατανομή μάζας (φυσικό μέγεθος), τη γωνιακή ορμή και τη διατμητική τάση (που φαίνεται εδώ). Το αποτέλεσμα κατέστη δυνατό χάρη σε μια πρόβλεψη μισού αιώνα και σε δεδομένα δύο δεκαετιών.

Στα μέσα της δεκαετίας του 1960, υποτέθηκε ότι εάν οι πυρηνικοί φυσικοί μπορούσαν να παρατηρήσουν πώς η βαρύτητα αλληλεπιδρά με υποατομικά σωματίδια, όπως το πρωτόνιο, τέτοια πειράματα θα μπορούσαν να αποκαλύψουν άμεσα τις μηχανικές ιδιότητες του πρωτονίου.

«Αλλά εκείνη τη στιγμή δεν υπήρχε τρόπος. Εάν συγκρίνετε τη βαρύτητα με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, για παράδειγμα, υπάρχει διαφορά 39 τάξεων μεγέθους. Άρα είναι εντελώς απελπιστικό, έτσι δεν είναι; » εξήγησε η Latifa Elouadhriri, επιστήμονας του Jefferson Lab και συν-συγγραφέας της μελέτης.

Θεωρητικά θεμέλια και πειραματικές εξελίξεις

Τα δεδομένα δεκαετιών προήλθαν από πειράματα που πραγματοποιήθηκαν με το Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) του Jefferson Lab, μια εγκατάσταση χρηστών του DOE Office of Science. Ένα τυπικό πείραμα CEBAF θα περιλαμβάνει ένα ενεργητικό ηλεκτρόνιο που αλληλεπιδρά με ένα άλλο σωματίδιο ανταλλάσσοντας ένα πακέτο ενέργειας και μια μονάδα γωνιακής ορμής που ονομάζεται εικονικός χώρος.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *