کشش پروتون یک معما برای فیزیکدانان ذرات است


ذرات درون یک پروتون وقتی در معرض میدان های الکتریکی و مغناطیسی قرار می گیرند حرکت می کنند و باعث تغییر شکل آن می شوند، اما این رفتار به خوبی درک نشده است.

فیزیک


19 اکتبر 2022

پروتون

برداشت هنرمند از یک پروتون

کتابخانه عکس ARSCIMED/SCIENCE

بر اساس اندازه گیری های جدید، پروتون کشش تر از آن چیزی است که ما فکر می کردیم. اما فیزیکدانان در مورد اینکه آیا این ناهنجاری در اندازه‌گیری‌های آینده باقی خواهد ماند یا اینکه درک بنیادی ما از ساختار پروتون باید تغییر کند، اختلاف نظر دارند.

پروتون ها حاوی سه ذره کوچکتر به نام کوارک هستند که توسط ذرات دیگری به نام گلوئون و همچنین ذرات “مجازی” بسیار کوتاه مدت در کنار هم نگه داشته می شوند. هنگامی که یک پروتون در معرض میدان های الکتریکی و مغناطیسی قرار می گیرد، این اجزای داخلی بر اساس بار خود حرکت می کنند و باعث خم شدن یا کشیده شدن پروتون می شوند.

میزان کشش پروتون به این روش توسط قطبش پذیری الکتریکی و مغناطیسی آن تعیین می شود. این دو کمیت که بارها اندازه گیری شده اند، در مورد ساختار داخلی پروتون به ما می گویند. در سال 2000، یکی از اولین اندازه‌گیری‌ها نشان داد که وقتی به بخش‌های کوچک‌تر و کوچک‌تر پروتون نگاه می‌کنید، در پاسخ به میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی، برای مدت کوتاهی کشیده می‌شود، قبل از اینکه سفت‌تر یا تغییر شکل آن دشوارتر شود.

با این حال، این نتایج نادقیق بودند، و آزمایش‌های جدیدتر با آن موافق نبودند، و دریافتند که پروتون به سادگی سفت‌تر می‌شود که شما بر روی بخش‌های کوچک‌تر بزرگ‌نمایی می‌کنید، این همان چیزی است که مدل استاندارد پروتون نیز پیش‌بینی می‌کند.

اکنون، نیکولاس اسپاروریس در دانشگاه تمپل در پنسیلوانیا و همکارانش قابلیت کشش پروتون را با دقت بالاتری اندازه‌گیری کردند و همچنین دریافتند که در مقیاس‌های طولی خاصی، مانند نتیجه سال 2000، نسبت به میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی کشش‌پذیرتر می‌شود.

Sparveris به لطف مجموعه داده های بیشتر می گوید: «ما آن را با دقت بیشتری می بینیم. “بنابراین توپ اکنون در کناره است [standard model] نظریه.”

برای اندازه گیری کشش پروتون، اسپاروریس و تیمش یک پرتو الکترونی کم انرژی را به سمت هدف هیدروژن مایع شلیک کردند. در پیکربندی آنها، هنگامی که یک الکترون از مقابل یک پروتون در هیدروژن عبور می کند، یک فوتون تولید می کند، در واقع یک میدان الکترومغناطیسی، که پروتون را تغییر شکل می دهد. با اندازه‌گیری نحوه پراکندگی الکترون‌ها و پروتون‌ها نسبت به یکدیگر، تیم می‌تواند محاسبه کند که هر پروتون توسط هر فوتون چقدر اعوجاج می‌شود.

در حالی که به نظر می رسد نتیجه غیرعادی مشابه Labor 2000 است، اندازه اثر بیش از نصف شده است. جودیت مک گاورن در دانشگاه منچستر انگلستان او می‌گوید به طور کلی اندازه‌گیری قطبش پذیری پروتون کم انرژی با دقت بالا بسیار دشوار است، و هیچ توضیح واضحی از نظریه‌های کنونی در مورد اینکه چرا باید در نتیجه اسپاروریس افزایش یابد، وجود ندارد. “فکر نمی کنم اکثر مردم قبول کردند [the 2000 result] واقعاً به طور جدی، فکر می کنم آنها تصور می کردند که از بین می رود و اگر کاملاً صادق باشم، فکر می کنم اکثر مردم هنوز هم گمان می کنند که از بین می رود.

به گفته مک گاورن، آزمایش‌های مختلف آینده، مانند استفاده از پرتو پوزیترون – همتای پادماده الکترون – می‌تواند روشن کند که آیا این ناهنجاری وجود دارد یا نه. Sparveris و تیمش قصد دارند آزمایش های بیشتری انجام دهند. او می‌گوید: «ما باید هرگونه احتمالی را که دلیل آن یک پارامتر آزمایشی یا یک مصنوع است را رد کنیم، بنابراین قصد داریم به عقب برگردیم و اندازه‌گیری‌های بیشتری انجام دهیم.»

با این حال، اگر این ناهنجاری ادامه یابد، باید درک خود را از ساختار پروتون بررسی کنیم. می‌گوید: «اندازه‌گیری‌های بیشتر مشخص می‌کند که آیا این منشأ تجربی دارد یا نه، اما به نظر می‌رسد شکاف واقعی بین نظریه و آزمایش باشد. شلوار جین قرمز در دانشگاه Vrije آمستردام در هلند. “سوال این است که این شکاف به ما چه می گوید؟ و مهمتر از آن، با درک این چیزها چه چیزی می توانیم در مورد ساختار پروتون یاد بگیریم؟”

مرجع مجله: طبیعت، DOI: 10.1038/s41586-022-05248-1

برای Lost in Space-Time، یک خبرنامه ماهانه رایگان در مورد عجیب بودن واقعیت ثبت نام کنید.

درباره این موضوعات بیشتر بدانید:


منبع: https://www.newscientist.com/article/2343098-protons-stretchiness-is-a-puzzle-for-particle-physicists/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=home

توسط احمد گل کار

احمد گل کار