cherry

01.03.2021

Издалека кажется, что протон состоит из трех частиц, называемых кварками. Но посмотрите внимательнее, и море частиц появляется и исчезает. (Анимация: Olena Shmahalo/Quanta Magazine)
Издалека кажется, что протон состоит из трех частиц, называемых кварками. Но посмотрите внимательнее, и море частиц появляется и исчезает. (Анимация: Olena Shmahalo/Quanta Magazine)
Когда речь заходит о протоне , то чаще всего вообще не упоминается, что эти положительно заряженные частицы вещества в сердце атомов, это отчасти антивещество .

Из школы мы знаем, что протон представляет собой связку из трех элементарных частиц, называемых кварками : два «верхних» кварка и «нижний» кварк, электрические заряды которых (+2/3 и −1/3 соответственно) объединяются, чтобы дать протону его заряд +1. Но эта упрощенная картина затушевывает гораздо более странную, и пока еще не решенную историю.

На самом деле внутренняя часть протона это водоворот из шести видов кварков переменного количества, их противоположно заряженных аналогов из антивещества (антикварков) и «глюонных» частиц, которые связывают все частицы друг с другом, превращаются в них и легко размножаются. Каким-то образом бурлящий водоворот оказывается совершенно стабильным и на первый взгляд простым - имитируя то, что мы воспринимаем как трио кварков.

«Честно говоря, это чудо», - говорит Дональд Гизаман , физик-ядерщик из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе.

Тридцать лет назад исследователи обнаружили поразительную особенность этого «протонного моря». Теоретики ожидали, что оно будет содержать равномерное распределение различных типов антивещества; вместо этого, количество «нижних» антикварков, казалось, значительно превышало количество «верхних» антикварков. Затем, десять лет спустя, другая группа увидела намёки на загадочные вариации в пропорции «верхних» и «нижних» антикварков. Но тогда результаты оказались на грани чувствительности эксперимента.

Итак, 20 лет назад Гизаман и его коллега Пол Реймер приступили к новому исследованию. Теперь эксперимент под названием SeaQuest («Морской квест» ) наконец-то завершен, и исследователи сообщили о его результатах в журнале Nature . Они измерили внутреннее антивещество протона более детально, чем когда-либо прежде, и обнаружили, что в среднем на каждый «верхний» антикварк приходится 1,4 «нижних» антикварка.

Эти данные однозначно свидетельствуют в пользу двух теоретических моделей протонного моря.

«Это первое реальное доказательство, подтверждающее появившиеся модели», - говорит Реймер.
Одна из них - это модель «пионного облака », популярный подход, возникший несколько десятилетий назад, который подчеркивает тенденцию протона испускать и реабсорбировать частицы, называемые пионами , которые принадлежат к группе частиц, называемых мезонами . Другая модель, так называемая статистическая модель, рассматривает протон как контейнер, наполненный газом.

Намеченные будущие эксперименты помогут исследователям выбрать между этими двумя вариантами. Но какая бы модель ни оказалась правильной, точные данные SeaQuest о внутреннем антивеществе протона будут уже сейчас полезны, особенно для физиков, которые сталкивают протоны вместе почти со скоростью света на Большом адронном коллайдере (БАК ) Европы. Когда они точно знают, что находится в сталкивающихся объектах, они могут эффективнее разбираться с «обломками» столкновения в поисках свидетельств появления новых частиц или эффектов. Хуан Рохо из Амстердамского университета VU (VU University Amsterdam ), который помогает анализировать данные БАК, сказал, что измерения SeaQuest «могут иметь большое влияние» на поиск новой физики, которая в настоящее время «ограничена нашими знаниями о структуре протона, в частности, о содержании в нем антивещества».


https://zen.yandex.ru/media/futuryco...d71022a2a6ee69

Миниатюры

 

__________________

Опасайся мечтов - сбываются, заразы.

cherry

Продолжение статьи

Представление трех кварков, составляющих адрон.

В течение короткого периода времени около полувека назад физики думали, что они выяснили о протоне все.

В 1964 году Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо друг от друга предложили так называемую кварковую модель - идею о том, что протоны, нейтроны и связанные с ними более необычные частицы представляют собой набор из трех кварков (как их окрестил Гелл-Манн), в то время как пионы и другие мезоны суть состоят из одного кварка и одного антикварка.
Такая схема придавала смысл сталкиванию частиц, разгоняемых на ускорителях частиц высоких энергий, поскольку весь их спектр зарядов мог быть построен из двух- и трех-частных комбинаций. И действительно, примерно в 1970 году, исследователи из Стэнфордского ускорителя SLAC , казалось, триумфально подтвердили кварковую модель, когда они выстрелили высокоскоростными электронами по протонам и увидели, как электроны отрикошетили от каких-то объектов внутри.

Но вскоре картина несколько затуманилась.

«По мере того как мы все больше и больше пытались измерять свойства этих трех кварков, мы обнаруживали, что происходят некоторые дополнительные вещи», - рассказывает Чак Браун , 80-летний член команды SeaQuest из Национальной ускорительной лаборатории Ферми, который работал над кварковыми экспериментами с 1970-х годов.

Изучение импульса трех кварков показало, что их массы составляли незначительную часть общей массы протона. Кроме того, когда SLAC выстреливал более быстрыми электронами в протоны, исследователи видели, как электроны отталкивают большее количество чего-то внутри. Чем быстрее электроны, тем короче их длина волн, что делало их чувствительными к более малым характеристикам протона, как если бы они увеличивали разрешение микроскопа. Выявлялось все больше и больше внутренних частиц, как казалось, предела нет.

«Нам ничего не известно о самом высоком разрешении», - говорит Гизаман.
Результаты стали более осмысленными, когда физики разработали настоящую теорию, которая приближена к кварковой модели: квантовую хромодинамику или КХД . КХД, сформулированная в 1973 году, описывает «сильное взаимодействие», самую мощную силу природы, в которой частицы, называемые глюонами, соединяют пучки кварков.

КХД предсказывает тот самый водоворот, который исследователи наблюдали в экспериментах по рассеянию. Путаница возникает из-за того, что глюоны ощущают ту самую силу, которую они несут (этим они отличаются от фотонов, которые несут более простое электромагнитное взаимодействие). Эта самодостаточность создает болото внутри протона, давая глюонам полную свободу действий для возникновения, размножения и расщепления на короткоживущие кварк-антикварковые пары.

На удалении эти близко расположенные противоположно заряженные кварки и антикварки уравновешиваются и остаются необнаруживаемыми (всего три несбалансированных «валентных» кварка - два восходящих и нижних - вносят вклад в общий заряд протона). Но физики поняли, что, выстреливая в более быстрые электроны, они поражают более мелкие цели.

И странности продолжались.

Мэри Альберг, физик-ядерщик из Сиэтлского университета, и ее соавторы давно утверждают, что пион играет важную роль в формировании идентичности протона. (Фото: Seattle University)
Самостоятельные глюоны делают уравнения КХД вообще неразрешимыми, поэтому физики не смогли - и до сих пор не могут - делать точные прогнозы в этой теории. Но у них не было оснований полагать, что глюоны должны расщепляться на один тип кварк-антикварковой пары - нижний тип – чаще, чем на другой.

«Мы ожидали, что они должны производиться в равных количествах», - говорит Мэри Альберг, теоретик-ядерщик из Сиэтлского университета, объясняя свои доводы в то время.
Отсюда у ученых и возник шок, когда в 1991 г. в Сотрудничестве Новых Мюонов (New Muon Collaboration ) в Женеве получив отдельные мюоны , которые являются более тяжелыми родственниками электронов, вне протонов и дейтронов (состоящих из одного протона и одного нейтрона), они сравнили результаты и пришли к выводу, что в протонном море, как казалось, плескалось большее количество «нижних» антикварков, чем «вверхних» антикварков.


https://zen.yandex.ru/media/futuryco...d71022a2a6ee69

Миниатюры

 

__________________

Опасайся мечтов - сбываются, заразы.

cherry

Продолжение статьи .

Вскоре после открытия асимметрии протона теоретики предложили несколько возможных способов ее объяснения.

Один связан с пионом . С 1940-х годов физики наблюдали, как протоны и нейтроны перебрасывают туда-сюда пионы внутри атомных ядер, как игроки в команде, бросающие друг другу баскетбольные мячи, что помогает связывать их вместе. Изучая протон, исследователи поняли, что он также может подбросить сам себе баскетбольный мяч - то есть может ненадолго испускать и реабсорбировать положительно заряженный пион, превращаясь при этом в нейтрон.

- говорит физик Мэри Альберг.

В частности, протон превращается в нейтрон и пион, состоящий из одного верхнего кварка и одного нижнего антикварка. Поскольку этот призрачный пион имеет нижний антикварк (пион, содержащий верхний антикварк, не может так легко материализоваться), такие теоретики, как Альберг, Джеральд Миллер и Тони Томас , утверждали, что идея пионного облака объясняет измеренный избыток антикварков в протоне.

Возникло и несколько других аргументов. Клод Буррели и его сотрудники из Франции разработали статистическую модель, которая рассматривает внутренние частицы протона, как если бы они были молекулами газа в комнате, вращаясь с распределением скоростей, которое зависит от того, обладают ли они целым или полуцелым количеством углового момента. После приведения в соответствие данных многочисленных экспериментов по рассеянию их модель обнаружила избыток антикварков.

Модели не давали идентичных прогнозов. Большая часть общей массы протона возникает от энергии отдельных частиц, которые врываются в протонное море и выходят из него, и эти частицы несут различные энергии. Модели по-разному предсказывали, как должно измениться соотношение «нижних и «верхних» антикварков по мере выисления антикварков, несущих больше энергии. Для этого физики измеряют связанную величину, называемую долей импульса антикварка.

Когда в эксперименте NuSea в Фермилабе (Fermilab) в 1999 году было произведено измерение соотношения «нижних-к-верхним» как функции импульса антикварка, его результат «просто воодушевил всех», - вспоминает Альберг. Данные свидетельствуют о том, что среди антикварков с достаточным импульсом - настолько большим, что они находились на самом краю диапазона чувствительности прибора – «верхние» антикварки внезапно стали более преобладающими, чем «нижние».

«Все теоретики говорили: «Погодите минутку», - говорит Альберг. «Почему, когда эти антикварки получают большую долю импульса, эта кривая должна начать разворачиваться?».
Пока теоретики ломали голову, Гизаман и Реймер, которые работали над NuSea и знали, что пограничные данные порой не заслуживают доверия, решили провести эксперимент, который мог бы с успехом изучить более широкий диапазон импульсов антикварка. Они назвали это SeaQuest .

https://zen.yandex.ru/media/futuryco...252e28ffa83834

Миниатюры

 

__________________

Опасайся мечтов - сбываются, заразы.

cherry

Эксперимент удался, пора начинать новый)


Работая над исследованием протона довольно продолжительное время, но, не имея финансирования, инициаторы проекта SeaQuest начали собирать свой эксперимент из поддержанных деталей.

«Нашим девизом было: экономия, повторное использование, переработка (Reduce, reuse, recycle)», - рассказывает физик Пол Реймер.
Они приобрели несколько старых сцинтилляторов из лаборатории в Гамбурге, оставшиеся детекторы частиц из Лос-Аламосской национальной лаборатории и железные пластины, блокирующие радиацию, впервые использованные в циклотроне Колумбийского университета в 1950-х годах. Они смогли переоборудовать магнит размером с комнату в NuSea и проводить свой новый эксперимент на существующем ускорителе протонов Фермилаба. «Сборка Франкенштейна» не была лишена своего очарования. По словам Брауна, который помогал находить все элементы, звуковой сигнал, показывающий, когда протоны текли в их устройство, был произведен пять десятилетий назад.

«Когда он издает звуковой сигнал, это дает ощущение тепла в животе».
Постепенно эта установка заработала. В эксперименте протоны поражают две цели: бутылочку с водородом, который по сути является протонами, и бутылочку дейтерия - атомы с одним протоном и одним нейтроном в ядре.

Когда протон попадает в любую из целей, один из его валентных кварков время от времени аннигилирует с одним из антикварков, попадая в протон или нейтрон.

«Когда происходит аннигиляция, она имеет уникальную сигнатуру», - говорит Реймер, создавая мюон и антимюон. Эти частицы вместе с другим «мусором», образовавшимся в результате столкновения, затем сталкиваются со старыми железными пластинами. «Мюоны могут проходить; все остальное задерживается [в пластинах]», - сказал он.

Обнаруживая мюоны на другой стороне и восстанавливая их исходные траектории и скорости, «вы можете работать в обратном направлении, чтобы выяснить, какую долю импульса несут антикварки».

Поскольку протоны и нейтроны зеркально отображают друг друга - каждая имеет частицы «верхнего» типа вместо других частиц «нижнего» типа, и наоборот - сравнение данных из двух бутылочек напрямую указывает на соотношение «нижних» и «верхних» антикварков в протоне – как раз, то над чем ученые работали последние 20 лет.

В 2019 году Альберг и Миллер рассчитали прогноз того, что SeaQuest должен наблюдать, основываясь на идее пионного облака. И их прогноз хорошо согласуется с новыми данными SeaQuest .

В SeaQuest, эксперименте в Фермилаб, в основном все собрано из использованных деталей. (Фото: Fermilab)

Новые данные - которые показывают постепенное повышение, а затем выход на плато, в соотношении между «верхними» и «нижними», а не резкое изменение направления - также согласуются с более гибкой статистической моделью Буррели и компании. И все же Миллер называет эту конкурирующую модель «описательной, а не предсказательной», поскольку она настроена на соответствие данным, а не на выявление физического механизма, стоящего за избытком антикварков.

Напротив, «то, чем я действительно горжусь в наших расчетах, - это то, что это было верным предсказанием», - сказал Альберг. «Мы не подбирали никаких параметров».

По мнению Буррели, «статистическая модель более мощная, чем модель Альберга и Миллера», поскольку она учитывает эксперименты по рассеянию, в которых частицы как поляризованы, так и не поляризованы. Миллер категорически не согласен с этим, отмечая, что пионные облака объясняют не только содержание антивещества протона, но и магнитные моменты различных частиц, распределение зарядов и время распада, а также «связывание и, следовательно, существование всех ядер». Он добавил, что пионный механизм «важен в широком смысле того, почему существуют ядра, почему существуем мы».

В конечном стремлении понять протон решающим фактором может стать его спин или собственный угловой момент. Эксперимент по рассеянию мюонов в конце 1980-х показал, что спины трех валентных кварков протона составляют не более 30% от общего спина протона. «Кризис спина протона»: это вопрос о том, что составляет остальные 70%?

И снова получается, что, как говорит старожил Фермилаба Браун, «должно быть что-то еще».

В Фермилабе и, в конечном итоге, в планируемом электронно-ионном коллайдере Брукхейвенской национальной лаборатории экспериментаторы будут исследовать вращение протонного моря. Альберг и Миллер уже работают над расчетами полного «мезонного облака», окружающего протоны, которое включает, помимо пионов, более редкие «ро-мезоны». Пионы не обладают спином, но ро-мезоны обладают, поэтому они должны вносить вклад в общий спин протона таким образом, который Альберг и Миллер надеются определить.

По словам Брауна, эксперимент Fermilab SpinQuest с участием многих из тех же людей и элементов, что и в SeaQuest , «почти готов к работе». И, если все сложится удачно, то первые данные будут получены уже этой весной.


Источник: Decades-Long Quest Reveals Details of the Proton’s Inner Antimatter

https://zen.yandex.ru/media/futuryco...99d26c5101d9d3

__________________

Опасайся мечтов - сбываются, заразы.

cherry

Резюме.

Аз, грешный,
полагал до сих пор, что
антиматерия в нашем мире - редчайшая экзотика :
- в космических лучах,
- в электрон-позитронных парах от гамма-лучей,
- из мегавольтных ускорителей,
- излучение бета+ радионуклидов ...

А оказывается ...
Считаем:
масса кварков в протонах и нейтронах
- валентных ( u и d ) 30%,
- морских ( все 6 ароматов кварк-антикварк) 70 % .

Итого,
в нашем, и любом другом веществе-теле:

- материи 30 + 35 = 65 %, 2/3 грубо говоря,

- антиматерии 35 % 1/3 .

Вот так.

__________________

Опасайся мечтов - сбываются, заразы.

cherry

А здесь столкновения галактик.

Полезно для сравнения с верхними мультипликациями*.
3 минуты
https://yandex.ru/efir?stream_id=vwp...t_menu_yavideo
29 секунд
https://yandex.ru/efir?stream_id=vRK...t_menu_yavideo

-------------------
*
Они в приведенных выше ссылках.

https://zen.yandex.ru/media/futuryco...d71022a2a6ee69

https://zen.yandex.ru/media/futuryco...8405597f56af12

https://zen.yandex.ru/media/futuryco...252e28ffa83834

https://zen.yandex.ru/media/futuryco...99d26c5101d9d3

__________________

Опасайся мечтов - сбываются, заразы.

Евгений Ковалёв

Всё что вы здесь опубликовали, это антикварковая математическая ахинея, не имеющая ничего общего с реальностью...
Внутри протона физматики кваркам дали названия, но не говорят, каким зарядом обладает тот или иной кварк. Но фантазировать с протоном можно, он большой. А как же быть со свободным электроном? Там анти кварки?...
Считать они умеют, но при этом не понимают элементарных вещей - механизм электромагнитного перизлучения, что такое гравитация? И что для всех сложно механизм гравитационного излучения.
Физматикам не физикой надо заниматься, а валить лес на Колыме...
Вы можете "лапшу на уши вешать" непосвящённым, но не мне, что Бог создал, то мне и дал.
Сколько развелось дармоедов и бюрократов - на одного с сошкой, семеро с ложкой...

cherry

1. А откуда Вы это знаете ?
Вам - то та реальность - точно не известна .
Иначе бы не несли такую ... про антигравы.

2. Ну почему же ?
+2/3 (u,c,t) и
- 1/3 (d,s,b)
Вы просто фатально не в курсе дела.

__________________

Опасайся мечтов - сбываются, заразы.

cherry

1. Это - не более ,
чем Ваша ... фантазия.

2. Её просто нет
(Ньютон, Фатио, Гегель , Эйнштейн )

__________________

Опасайся мечтов - сбываются, заразы.

Евгений Ковалёв

На этом Форуме неоднократно написано моё понимание устройства атома и вселенной. Не трындеть же мне заново вам одному...
Если я вижу, что вы и американские нобелевские лауреаты по кваркам несут математтическую ахинею, не имеющую ничего общего с действительностью, то я говорю, что это научнаЯ сказка, фантазия.
И не выставляйте из себя всезнающего звездочёта... Я с таким зубрилками законов сталкивался неоднократно, на деле же они полные бездари...
Вы только обывателям можете втирать свою математику, показывая свою учёность, но не мне... Придёт время, за обман народа, будете все на Колыме со своей "учёностью"...
Ваш кумир Эёнштейн ужу давно мною развенчан...