Внутри протона нашли аномалию

Фото: Shutterstock

Ученые из США и Китая окончательно определили источники массы протона и их вклад. Хиггсовский механизм отвечает лишь за девять процентов массы протона, остальное приходится на явления, описываемые квантовой хромодинамикой. При этом 23 процента массы возникает из-за аномальных эффектов, возникающих при взаимодействии кварков и глюонов, сообщает издание Science News.

Протоны состоят из трех кварков: одного d-кварка (нижнего) и двух u-кварка (верхних). Кроме того, внутри протона постоянно образуются и аннигилируются виртуальные пары кварки-антикварки. Однако масса кварков, возникающая из-за хиггсовского механизма, составляет лишь девять процентов массы протона. Известно, что остальная часть возникает за счет глюонов — безмассовых частиц, которые осуществляют сильное взаимодействие между кварками. Сильное взаимодействие описывается квантовой хромодинамикой (КХД), согласно которой каждый кварк обладает цветовым зарядом, и разрешены только те комбинации кварков, в сумме дающие бесцветное состояние.

Для изучения свойств протона ученые используют метод, называемый решеточной моделью, в которой пространственно-временной континуум представлен сеткой. В узлах решетки располагаются кварки, а глюоны соединяют собой узлы. Это позволяет упростить вычисления, которые слишком сложны из-за нелинейной природы сильного взаимодействия, через дискретизацию квантовой хромодинамики. Решеточная модель КХД, ранее позволившая физикам рассчитать массу протона, помогла определить, откуда берется большая часть этой массы.

Результаты показали, что существует несколько источников массы протона. 32 процента массы образуются за счет кинетической энергии кварков, 36 процентов — за счет энергии глюонов, а оставшиеся 23 процента — за счет аномальных квантовых эффектов, происходящих при взаимодействии между кварками и глюонами.