Нейтронні зірки – одні з найбільш щільних об’єктів в Всесвіту. Щільність речовини в них така, що обсяг з чайну ложку важить приблизно як Місяць. Правда зважити її не можна. Але, як з’ясовується, в нашому Всесвіті є зони куди більшого тиску, причому їх дуже багато.
Йдеться про протони – елементарні частинки, з яких, поряд з нейтронами, складаються атомні ядра. Торік фізики з Національного прискорювального центру ім. Томаса Джефферсона Міністерства енергетики США зуміли вперше виміряти тиск в центрі протона, бомбардуючи протони (тобто звичайно, мішень, що складається з речовини, молекули якої складалися з атомів, а ті – з протонів, нейтронів і електронів) пучками прискорених електронів. Досліди проводилися на прискорювачі електронів CEBAF.
Дослід, про який йде мова сьогодні, обійшовся без прискорювачів. Метою вчених було отримання даних про розподіл тиску всередині протона, а для цього було необхідно врахувати вплив глюонів, з яких, поряд з кварками, складається ця маленька частинка. Сучасна апаратура не дозволяє визначити цей вплив експериментально, але вчені можуть спробувати скласти математичну модель, що враховує все необхідне, і розрахувати поведінку речовини на сучасних суперкомп’ютерах – а тут потрібні дуже непогані обчислювальні потужності.
Для розрахунків, які тривали 18 місяців, використовувалися рівняння квантової хромодинаміки, що описують сильну взаємодію. Результатом моделювання стало чітке уявлення про те, як розподіляється тиск всередині протона, який, в цьому випадку, представлявся об’єктом, що має складну внутрішню структуру і ненульові розміри.
Тиск в його центрі становить 1 035 Па. Це було відомо з минулого року і ця оцінка не зазнала суттєвих змін. Але, навколишня область, що оточує цей центр порівняно низького тиску виявилася значно більшою, ніж здавалося раніше.
Для підтвердження розрахунків потрібні набагато більш потужні прилади, такі як електрон-іонний коллайдер, прискорювач частинок, який фізики планують використовувати для дослідження внутрішніх структур протонів і нейтронів.
«Ми починаємо розуміти і кількісно оцінювати роль глюонів в протоні», – каже Фіала Шанахан (Phiala Shanahan), доцент фізики в MIT і один з авторів дослідження. «Об’єднавши експериментальні вимірювання ролі кварків з нашим новим розрахунком впливу глюонів, ми вперше отримаємо картину просторового розподілу тиску всередині протона. Це прогноз, який можна буде перевірити на новому колайдері в найближчі 10 років ».
Познайомитися з деталями можна в прес-релізі MIT.
Натхнення: www.popmech.ru