Протон: «‎троянский конь» с 36% чужеродной массы

Новое исследование , проведенное профессором Чэнь Сюйронгом из Института современной физики Китайской академии наук, раскрывает тайны происхождения массы протона. Результаты, опубликованные в журнале Physical Review D 27 февраля, указывают на то, что влияние тяжелых кварков на массу протона может быть значительно больше, чем предполагалось ранее.

Нуклоны, состоящие из протонов и нейтронов, формируют более 99% наблюдаемой массы Вселенной. Механизмы, отвечающие за массу нуклонов, тесно связаны с такими фундаментальными явлениями, как к онформная аномалия , ограничение цветового заряда и нарушение спонтанной симметрии .

Поэтому изучение природы массы нуклонов имеет принципиальное значение для понимания строения нуклонов и развития квантовой хромодинамики. Эта область исследований помогает пролить свет на некоторые глубинные вопросы физики элементарных частиц и структуры материи. Понимание фундаментальных механизмов, формирующих массу протонов и нейтронов, может приоткрыть дверь к новой физике за пределами Стандартной модели.

Ранее считалось, что масса кварков внутри протонов в основном происходит от их составляющих кварков: двух верхних кварков и одного нижнего кварка , в то время как вклад других типов кварков был признан незначительным. Однако недавние исследования предполагают возможное присутствие в протонах более тяжелых видов кварков, несмотря на отсутствие прямых экспериментальных доказательств их существенного влияния на массу протона.

В ходе нового исследования, установив связь между энергией квантовой аномалии протонов и общим сигма-термом (включая вклады легких и тяжелых кварков в массу протона), ученые извлекли сигма-терм из экспериментальных данных с помощью фотопродукции векторных мезонов у порога.

Результаты показали значительно больший сигма-терм тяжелых кварков, примерно 337 МэВ (подход с дипольной подгонкой) и 455 МэВ (экспоненциальная подгонка), что составляет 36–48% от общей массы протона (938 МэВ). Статистическая значимость ненулевого значения (экспоненциальная подгонка) достигла примерно семи стандартных отклонений, что соответствует вероятности 99,999999999744%.

Кроме того, использование данных от двух экспериментальных групп и метод проверки согласия Колмогорова-Смирнова подтвердило совместимость сигма-терма, извлеченного из обоих наборов данных.

Это исследование открывает новые перспективы для будущих исследований происхождения массы протона. Оно предоставляет новые экспериментальные данные, которые могут быть использованы в будущих экспериментах на электрон-ионных коллайдерах (EIC). Результаты показывают важность измерений структурных функций протона для понимания механизмов генерации массы. Данные также указывают на то, что эксперименты на EIC смогут пролить свет на роль глюонов и кварков в формировании массы протона. В целом, это важный шаг вперед в фундаментальных исследованиях структуры протона и происхождения массы.