Исследователи опубликовали самый подробный анализ процессов, обеспечивающих массу протонов и нейтронов. Выводы этой работы проливают свет на давнюю тайну, которую не смог разрешить хиггсовский механизм, отмеченный Нобелевской премией. В исследовании объединены теоретические модели с эмпирическими данными, накопленными за почти три десятилетия в Национальной ускорительной лаборатории им. Томаса Джефферсона при Министерстве энергетики США.
В рамках Стандартной модели кварки, являющиеся фундаментальными строительными блоками материи, приобретают массу через взаимодействие с полем Хиггса. Однако испытания на Большом адронном коллайдере показали, что этот механизм отвечает лишь за небольшую долю массы протонов и нейтронов, формирующих основную часть наблюдаемой Вселенной.
«По оценкам, вклад хиггсовского механизма в массу протона и нейтрона не превышает 2%», — уточняет Виктор Мокеев, научный сотрудник Jefferson Lab.
Новейшее исследование демонстрирует, что оставшиеся 98% массы возникают благодаря динамике сильного взаимодействия, описываемого квантовой хромодинамикой (КХД). Ключевая особенность этого явления — самодействие глюонов. На масштабах порядка 10-13 см, соответствующих размерам адронов, в расчётах начинают доминировать «одетые» кварки, а не «чистые» «голые» кварки. «Одеться» означает, что первоначальные кварки окружены облаками сильно связанных кварков и глюонов, которые непрерывно возникают и аннигилируют. Благодаря этому почти безмассовые «голые» кварки превращаются в «одетые» аналоги с массой около 400 МэВ, и именно их интенсивное взаимодействие генерирует массу протона.
Прорыв стал возможен благодаря сочетанию метода континуальных уравнений Швингера (CSM), основанного на КХД, с результатами экспериментов. Ведущую роль сыграл детектор CLAS12, установленный в экспериментальном зале B Национальной ускорительной лаборатории Томаса Джефферсона. Это «трёхэтажное» по высоте устройство фиксирует частицы, образующиеся при рассеянии мощных электронных пучков на протонах. Сопоставляя полученные данные с предсказаниями CSM, учёные подтвердили, что именно «одетые» кварки с динамически генерируемой массой определяют структуру протона.
Ранние эксперименты при энергии пучка 6 ГэВ позволили изучить область, где формируется около 30% массы адронов. Новые данные, полученные при 12 ГэВ, расширили этот диапазон примерно до 50%. В дальнейшем учёные намерены использовать модернизированные высокоэнергетические пучки, чтобы полностью охватить расстояния, ответственные за возникновение основной доли массы Вселенной.
Источник: iXBT
