Розкрито найінтенсивніші сили у Всесвіті

Вчені досягли неймовірного прориву — картографування сил усередині протона з надзвичайною точністю, розкриваючи величезні сили, що утримують кварки разом. Використовуючи ґраткову квантову хромодинаміку, дослідники створили, ймовірно, найменшу карту силового поля, яку коли-небудь генерували. Їхні результати демонструють надзвичайно потужні взаємодії, порівнянні з вагою 10 слонів, стиснених у просторі, меншому за атомне ядро.

Картографування сил усередині протона

Вчені успішно створили карту сил усередині протона, розкриваючи безпрецедентні деталі того, як кварки — крихітні частинки всередині протона — реагують на удари високоенергетичних фотонів. Дослідження, проведене міжнародною командою, до якої входять експерти з Університету Аделаїди, спрямоване на поглиблення розуміння фундаментальних сил, що формують природний світ.

Використання ґраткової квантової хромодинаміки для моделювання сил

«Ми використали потужну обчислювальну техніку, відому як ґраткова квантова хромодинаміка, щоб створити карту сил, що діють усередині протона», — сказав доцент Росс Янг, заступник керівника з навчання та викладання Школи фізики, хімії та наук про Землю, який є частиною дослідницької групи.

«Цей підхід розбиває простір і час на тонку ґратку, що дозволяє нам змоделювати, як сильна взаємодія — фундаментальна сила, яка зв’язує кварки в протони та нейтрони — змінюється в різних областях усередині протона».

Розподіл сил у протоні

Нові розподіли сил, розраховані дослідниками, накладені на карту ймовірності знаходження кварка всередині протона. Автор ілюстрації: Джошуа Кроуфорд / Університет Аделаїди.

Створення найменшої карти силового поля

Результати команди, ймовірно, є найменшою коли-небудь створеною картою силового поля природи. Вони опублікували свої висновки у журналі Physical Review Letters. Обчислення, проведені аспірантом Університету Аделаїди Джошуа Кроуфордом спільно з командою університету та міжнародними співробітниками, стали ключовими для цього дослідження.

Розкриття величезних сил у мікроскопічних масштабах

«Наші результати показують, що навіть у таких надзвичайно малих масштабах діючі сили є величезними, досягаючи 500 000 ньютонів — це еквівалент ваги 10 слонів, стиснених у просторі, набагато меншому за атомне ядро», — сказав Джошуа Кроуфорд.

«Ці карти сил дають нам новий спосіб розуміння складної внутрішньої динаміки протона, допомагаючи пояснити його поведінку у високоенергетичних зіткненнях, таких як ті, що відбуваються у Великому адронному колайдері, а також в експериментах, що досліджують фундаментальну структуру матерії».

Роль Великого адронного колайдера

Великий адронний колайдер (LHC) — це найбільший у світі прискорювач частинок із найвищою енергією. Його було побудовано Європейською організацією з ядерних досліджень (CERN) у співпраці з понад 10 000 вчених і сотнями університетів та лабораторій у більш ніж 100 країнах. Мета LHC — перевірка передбачень різних теорій фізики елементарних частинок.

Як фундаментальні дослідження просувають науку вперед

«Едісон не винайшов лампу розжарювання, досліджуючи, як зробити свічки яскравішими — він ґрунтувався на роботах попередніх поколінь вчених, які вивчали взаємодію світла з матерією», — зазначив доцент Янг.

«Так само і сучасні дослідження, такі як наша робота, розкривають, як фундаментальні будівельні блоки матерії поводяться під впливом світла, що дозволяє нам глибше зрозуміти природу на найосновнішому рівні».

Дослідження протона та майбутні застосування

«Оскільки дослідники продовжують розкривати внутрішню структуру протона, глибше розуміння цього процесу може допомогти вдосконалити передові технології, у яких використовуються протони. Одним із помітних прикладів є протонна терапія, яка використовує високоенергетичні протони для точного впливу на пухлини, мінімізуючи при цьому пошкодження навколишніх тканин».

Формування майбутнього науки та медицини

«Подібно до того, як ранні відкриття у вивченні світла проклали шлях до створення сучасних лазерів та систем візуалізації, поглиблене розуміння структури протона може сформувати наступне покоління наукових і медичних застосувань. Роблячи невидимі сили усередині протона видимими вперше, це дослідження поєднує теорію та експеримент — , так само як попередні покоління відкрили секрети світла, змінивши тим самим сучасний світ».