Вътре в протона - Studiopedia
Нека се опитаме, въз основа на представения материал, да "погледнем" вътре в протона. Това, което виждаме зависи от пространствената разделителна способност на инструмента за наблюдение. Ролята на такова устройство се изпълнява от доста сложна и тромава инсталация, основните елементи на която са например електронен ускорител и система от детектори на електрони, разпръснати от мишена, състояща се от протони (водород). Снимките на вътрешната структура на протона, дадени по-долу, получени при експерименти с различни енергийни разделителни способности, не трябва да се приемат твърде буквално, тъй като всякакви изображения на субядрени обекти са много произволни поради квантови ефекти.
Нека изследваме протон чрез разпръскване на електрони върху него. Съответната диаграма на Файнман е показана на фигура 10.15.
Енергийната разделителна способност на експеримента се определя от дължината на вълната на виртуалния фотон l=h/q (q е импулсът на виртуалния фотон, т.е. импулсът, прехвърлен на протона). Ако изследваме разсейването на електрони с енергия "200 MeV при големи ъгли (близки до 180 o), тогава дължината на вълната на виртуалния фотон ще бъде" 3 fm и протонът ще бъде "осветен" от фотонен лъч с дълга дължина на вълната (фиг. 10.16a). Тъй като дължината на вълната на фотона е по-голяма от размера на протона, последният ще изглежда като безсмислен безструктурен обект. Разсейването на електрон върху такъв обект ще бъде еластично (без да се променя вътрешното състояние на протона).
Ако увеличим импулса q, прехвърлен на протона, това ще съответства на намаляване на дължината на вълната на виртуалния фотон и увеличаване на разделителната способност на експеримента (фиг. 10.16b). Ако разделителната способност (l) се увеличи до 0,1 размер на протона (0,1 fm), тогава фотонният лъч с къса дължина на вълната ще "освети" отделните компоненти на протона - кварки и глуони. Ще се "види", че протонът се състои от три кварка (по-нататъкнаречена валентност), между които глуоните "скачат". Ще се види как понякога глуон поражда виртуална двойка кварк-антикварк. Наблюдаваната картина може да бъде представена на фиг. 10.17a.
Ако увеличим разделителната способност с порядък, довеждайки я до 0,01 fm (това съответства на енергиите на съвременните ускорители), тогава ще открием много по-сложна картина вътре в протона (фиг. 10.17b). Вместо няколко кварка и глуона (фиг. 10.17а), вътре в протона ще има много двойки кварк-антикварк и още повече глуони. В това „море“ от виртуални частици три валентни кварка u, u, d са почти невидими. Виртуалните двойки се наричат "морски кварки". И така, съставът на протона (и като цяло на всеки адрон) включва:
1. Валентни кварки;
2. Морски кварки;
Тези елементарни безструктурни компоненти на адрона са обединени, следвайки Файнман, под общия терминпартони(от англ. част).
Фиг. 10.17. Изглед на протон при разделителна способност от 0,1 fm (a) и 0,01 fm (b).
Когато електрон (или друг лептон) се разпръсне от нуклон (или друг адрон), електронът, в случай на висока енергийна разделителна способност, взаимодейства с нуклона вече не като цял безструктурен обект, а с неговите елементарни компоненти - партони. Предаденият на нуклона импулс q се възприема от отделен партон и вътрешното състояние на нуклона се променя - той преминава във възбудено състояние. Такова разсейване (като е еластично върху отделен партон) вече не е еластично върху нуклона като цяло и се наричадълбоко нееластично разсейване, тъй като съответства на прехвърлянето на големи енергии в нуклона. Експериментите върху дълбоко нееластично разсейване на електрони от протони позволиха да се определи частта от протонния импулс (маса), пренасяна от кварки и глуони. И така, оказа се, че акциитеимпулс на протона, който се дължи на u-кварки (и антикварки), d-кварки (и антикварки) и глуони, следното
освен това антикварките представляват около 5% от общия импулс (маса) на протона (тези данни са получени за q»3 GeV/c). По този начин около 50% от масата на нуклона се дължи на глуони.
Нека се спрем на въпроса за масите на кварките, дадени в таблица 1. 9.5. Този въпрос изисква изясняване, т.к. Кварките не съществуват в свободно изолирано състояние. Масите, дадени в таблица 9.5, се отнасят за "голи" кварки и не включват енергията на глуонното поле около кварка. Заедно с това, масите на кварките често се дават като съставни частици на адрони - така наречените "съставни" кварки. В този случай масата на кварка включва "теглото на кожуха" от глуони и морски кварки, в които е облечен валентният кварк. Очевидно масата на съставния кварк е по-голяма от масата на "голия" кварк. Оценката на съставната маса на u и d кварките се получава чрез разделяне на масата на нуклона на три, което води до muc 2 »mdc 2 »300 MeV.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: