Протоны могут дать новую информацию о ранней Вселенной
Еще в середине прошлого века физики обнаружили, что протоны могут входить в состояние «нуклонного резонанса». Несколько десятилетий научных изысканий привели к построению трехмерных изображений протона и довольно объемному пониманию его структуры, состоящей из трех кварков, но лишь в спокойном состоянии. Между тем о трехмерной структуре резонирующего протона не известно почти ничего.
Изучить протон в состоянии магнитного резонанса решила команда физиков из Гиссенского университета имени Юстуса Либиха в Германии и Коннектикутского университета. Используя магнитный ускоритель имени Томаса Джефферсона, ученые на один шаг приблизили нас к пониманию процессов в древней, зарождающейся Вселенной.
В ходе эксперимента высокоэнергетический электронный пучок был направлен в камеру с охлажденным газообразным водородом. Электроны воздействовали на протоны мишени, возбуждая кварки внутри и создавая нуклонный резонанс в сочетании с кварк-антикварковым состоянием — так называемым мезоном.
Время пребывания протонов в состоянии возбуждения было мимолетно, но они оставляли после себя прочные свидетельства своего существования в виде новых частиц. А эти частицы, в свою очередь, живут достаточно долго, чтобы детектор смог их уловить — поэтому команда смогла довольно точно реконструировать протон при нуклонном резонансе.
«Это первый раз, когда у нас есть какое-то измерение, какое-то наблюдение, которое чувствительно к трехмерным характеристикам такого возбужденного состояния», — заявил руководитель исследования, Стефан Дил, добавив, что это «только начало», открывающее новую область исследований.
«Сначала в раннем космосе было только немного плазмы, состоящей из кварков и глюонов, которые вращались из-за высокой энергии. Затем в какой-то момент начала формироваться материя — и первыми сформировались именно возбужденные состояния нуклонов. Когда вселенная расширилась дальше, она остыла и проявились нуклоны основного состояния», — объяснил физик.
С помощью таких экспериментов ученые надеются выявить свойства раннего космоса — сразу после Большого взрыва, и понять, почему Вселенная существует именно в ее нынешнем виде.
