لقد تعلم الفيزيائيون للتو شيئًا رئيسيًا عن البروتون

تمثل الفيزياء في أصغر المقاييس تحديًا للملاحظة: فالجسيمات غالبًا ما تكون عابرة، والقوى التي تحكم سلوكها تكاد تكون غير محسوسة. لكن الآن، ومن خلال استغلال بيانات عمرها عقود وتنبؤ عمره 50 عامًا حول تأثير الجاذبية على الجسيمات دون الذرية، قام فريق من الفيزيائيين باستخلاص قياس لخاصية ميكانيكية ثانية في البروتون.

دعونا نبطئ للحظة. البروتون هو جسيم يشكل الذرة مع النيوترونات والإلكترونات. تتكون البروتونات نفسها من جسيمات أصغر تسمى الكواركات. تتكتل هذه الكواركات معًا بفضل القوة الشديدة، وهي واحدة من أربع قوى أساسية. (الثلاثة الأخرى هي الجاذبية، والقوة الضعيفة، والكهرومغناطيسية). ونجح الفريق الأخير في قياس توزيع القوة القوية داخل البروتون، وكشف عن إجهاد القص على كواركات البروتون.

وقال فولكر بوركيرت، العالم الرئيسي في مختبر جيفرسون والمؤلف الرئيسي للدراسة: “في ذروتها، هذه قوة أكبر من أربعة أطنان يجب على المرء أن يطبقها على الكوارك لسحبه من البروتون”. مختبر يطلق.

نشرت في مراجعات الفيزياء الحديثة، يتابع العمل أ قياس 2018 من الضغط الداخلي للبروتون. جاءت البيانات التي درسها الفريق من التجارب التي أجريت في مرفق تسريع شعاع الإلكترون المستمر التابع لمختبر جيفرسون، أو CEBAF، واستخدم الباحثون شيئًا يسمى “تشتت كومبتون الافتراضي العميق” (DVCS) لأخذ القياس. في DVCS، يتم إرسال إلكترون عالي الطاقة إلى بروتون الهيدروجين المستهدف. يُصدر الكوارك الموجود داخل البروتون فوتونًا يحمل معلومات حول خصائص الكوارك. يقدم DVCS أيضًا معلومات عن تأثيرات الجاذبية على المادة تم تطوير الفكرة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين للفيزيائي مكسيم بولياكوف.

“لقد أثبت هذا الاختراق النظري العلاقة بين قياس تشتت كومبتون الافتراضي العميق وعامل شكل الجاذبية. وأضاف بوركيرت: “لقد تمكنا من استخدام ذلك لأول مرة واستخراج الضغط الذي فعلناه في مجلة Nature عام 2018، والآن القوة العمودية وقوة القص”.

كان جمع البيانات بمثابة حادث. كان الفريق يحاول إجراء تصوير ثلاثي الأبعاد للتشتت، ولكن من خلال القيام بذلك، قاموا بجمع البيانات التي كشفت عن كيفية تأثير القوة القوية على الأجزاء الداخلية للبروتون.

وقالت لطيفة الواذريري، المؤلفة المشاركة في الدراسة، والباحثة في مختبر جيفرسون، في نفس الإصدار: “من وجهة نظري، هذه مجرد بداية لشيء أكبر بكثير في المستقبل”. “لقد غيرت بالفعل الطريقة التي نفكر بها في بنية البروتون.”

يمكن لطريقة التشتت أن ترشد الباحثين إلى خصائص البروتونات “المشفرة في عوامل شكل الجاذبية”، كما وصفها الباحثون. 2023 الخطة طويلة المدى للعلوم النووية. بمعنى آخر، يمكن أن يكون DVCS وسيلة لاكتشاف فيزياء جديدة. بعد ذلك، يخطط الفريق لأخذ قياسات جديدة لحجم البروتون.

أكثر: بعد مرور 10 سنوات على ظهور بوزون هيغز، ما هو الشيء الكبير التالي في الفيزياء؟