원자의 중심에있는 양으로 하전 된 물질 입자 인 양성자가 반격하다는 것을 종종 언급하지 않습니다.
우리는 학교에서 양성자가 쿼크라는 3 개의 기본 입자 - 2 개의 "up"쿼크와 "다운"쿼크라는 묶음으로 전하 (각각 +2/3 및 -1/3)가 결합하여 양전자에게 +1의 전하를 부여합니다. 그러나 그 단순한 그림은 멀리 낯선 사람, 아직 해결되지 않은 이야기에 대해 광택을냅니다.
실제로, 양성자의 내부는 6 가지 종류의 쿼크, 반대로 하전 된 반물질 상대 (골동품) 및 다른 사람들을 함께 결합시키는 "글루온"입자를 변동하는 6 가지 종류의 쿼크로 소용돌이 치며, 그 안에 변형되어 쉽게 곱해집니다. 어쨌든, 울부 짖는 소식은 완벽하게 안정적이고 피상적으로 단순합니다. 어떤면에서 Quarks의 트리오를 모방합니다. 일리노이 주 Argonne National Laboratory의 핵 물리학자인 Donald Geesaman은“모든 것이 어떻게 작동하는지, 그것은 솔직히 기적의 일입니다.
30 년 전, 연구원들은이“양성자 바다”의 놀라운 특징을 발견했습니다. 이론가들은 다른 유형의 반물질이 균일 한 스프레드를 포함 할 것으로 예상했다. 대신, 다운 골동품은 골동품보다 훨씬 많았다. 그런 다음 10 년 후, 또 다른 그룹은 Down-to-Up Antiquark 비율의 수수께끼의 변화에 대한 힌트를 보았습니다. 그러나 결과는 실험 감도의 가장자리에있었습니다.
그래서 20 년 전 Geesaman과 동료 인 Paul Reimer는 조사를위한 새로운 실험을 시작했습니다. Seaquest라고 불리는이 실험은 마침내 끝났고, 연구원들은 오늘 저널 자연에서 그들의 연구 결과를보고합니다. 그들은 양성자의 내부 반물질을 그 어느 때보 다 상세하게 측정하여 평균적으로 1.4 개의 다운 골동품이 있는데,
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데이터는 양성자 바다의 두 가지 이론적 모델을 즉시 선호합니다. Reimer는“이것은 나온 모델을 뒷받침하는 최초의 실제 증거입니다.
하나는“Pion Cloud”모델 인 인기있는 수십 년 전의 접근법으로, 양성자가 Mesons로 알려진 입자 그룹에 속하는 PION이라는 입자를 방출하고 재 흡수하는 경향을 강조합니다. 소위 통계 모델 인 다른 모델은 양성자를 가스로 가득 찬 용기처럼 취급합니다.
계획된 미래의 실험은 연구자들이 두 그림 중에서 선택하는 데 도움이 될 것입니다. 그러나 어떤 모델이든, 양성자의 내부 반물질에 대한 Seaquest의 하드 데이터는 특히 유럽의 대형 Hadron Collider에서 거의 밝은 속도로 양성자를 부수는 물리학 자에게 즉시 유용 할 것입니다. 충돌 물체에 무엇이 있는지 정확히 알면 새로운 입자 나 효과의 증거를 찾는 충돌 잔해를 통해 더 잘 조각 할 수 있습니다. LHC 데이터 분석을 돕는 Vu University Amsterdam의 Juan Rojo는 Seaquest 측정은“새로운 물리학 검색에 큰 영향을 줄 수있다”고 말했다. 이는 현재“양성자 구조에 대한 우리의 지식, 특히 반격의 내용에 의해 제한되고있다”
.3 명의 회사
반세기 전에 짧은 기간 동안 물리학 자들은 양성자 분류를했다고 생각했습니다.
1964 년 Murray Gell-Mann과 George Zweig는 독립적으로 Quark 모델로 알려진 것을 독립적으로 제안했습니다. 즉, 양성자, 중성자 및 관련 희귀 한 입자는 3 개의 쿼크 (Gell-Mann이 더빙 한 것처럼)의 묶음이라는 아이디어를 제안했습니다. 이 계획은 고 에너지 입자 가속기로부터 스프레이하는 입자의 카코 포니를 이해했다. 그런 다음 1970 년경 Stanford의 SLAC 가속기 연구원들은 양성자에서 고속 전자를 촬영하고 전자가 객체를 내부에서 볼 때 쿼크 모델을 승리로 확인하는 것처럼 보였습니다.
.그러나 사진은 곧 어두워졌습니다. 1970 년대 이후 쿼크 실험에서 일한 Fermi National Accelerator Laboratory의 80 세의 Seaquest 팀원 척 브라운 (Chuck Brown)은“우리 가이 세 쿼크의 속성을 점점 더 많이 측정하기 시작하면서 추가적인 일이 있음을 발견했습니다.
세 쿼크의 운동량을 조사한 결과, 대중은 양성자 총 질량의 작은 부분을 차지하고 있음을 나타냅니다. 또한, SLAC가 양성자에서 더 빠른 전자를 촬영했을 때, 연구원들은 전자가 더 많은 것들을 핑하는 것을 보았습니다. 전자가 빠를수록 파장이 짧아서 마치 현미경의 해상도를 높이는 것처럼 양성자의 더 세밀한 특징에 민감하게 만들었습니다. 점점 더 많은 내부 입자가 드러났다. Geesaman은“우리가 알고있는 가장 높은 해상도는 없다”고 말했다.
물리학 자들이 쿼크 모델이 Quantum Chromodynamics 또는 QCD 만 근사한다는 진정한 이론을 해결함에 따라 결과는 더 의미가 있기 시작했습니다. 1973 년에 공식화 된 qcd
QCD는 산란 실험이 관찰 한 매우 소용돌이를 예측합니다. 합병증은 글루온이 가지고있는 힘을 느끼기 때문에 발생합니다. (그들은 더 간단한 전자기 힘을 전달하는 광자 와이 방식이 다릅니다.)이 자기 거래는 양성자 내부에 quagmire를 만들어서 글루온에 자유롭게 고삐를주고, 증식하며, 짧은 쿼크-항문 쌍으로 분할됩니다. 멀리서,이 밀접하게 간격을두고 반대로 충전 된 쿼크와 골동품은 취소되어 눈에 띄지 않습니다. (두 개의 불균형 한 "원자가"쿼크 (2 개의 기복과 다운) 만 양성자의 전반적인 전하에 기여합니다.) 물리학 자들은 더 빠른 전자에서 총을 쏘았을 때 작은 목표물을 때렸다는 것을 깨달았습니다.
그러나 이상한 점은 계속되었습니다.
자기 거래 글루온은 QCD 방정식을 일반적으로 해결할 수 없게 만들므로 물리학 자들은 이론의 정확한 예측을 계산할 수 없었으며 여전히 할 수는 없습니다. 그러나 그들은 글루온이 한 유형의 쿼크-항문 자르 쌍 (하향 유형)으로 더 자주 나누어야한다고 생각할 이유가 없었습니다. 시애틀 대학교의 핵 이론가 인 메리 앨버그 (Mary Alberg)는 당시의 추론을 설명하면서“우리는 동일한 양의 양이 생산 될 것으로 예상한다.
따라서 1991 년에 제네바의 새로운 뮤온 협력이 뮤온, 무거운 형제, 양성자와 1 중성자로 구성된 전자의 무거운 형제 (하나의 양성자와 하나의 중성자로 구성)가 결과를 비교했을 때의 충격과 고 골동품보다 더 많은 골동품이 튀는 것처럼 보였다.
.양성자 부품
이론가들은 곧 양성자의 비대칭 성을 설명 할 수있는 여러 가지 가능한 방법이 나왔습니다.
하나는 PION과 관련이 있습니다. 1940 년대 이래로 물리학 자들은 농구를 서로 연결하는 데 도움이되는 활동 인 팀원들과 같은 원자 핵 내부에서 앞뒤로 앞뒤로 전달되는 양성자와 중성자를 보았습니다. 양성자 위로 으르렁 거리면서 연구원들은 농구를 그 자체로 던질 수 있다는 것을 깨달았습니다. 즉, 긍정적으로 충전 된 파이온을 잠시 방출하고 재 흡수하여 그 동안 중성자로 변할 수 있습니다. Alberg는“실험을하고 있고 양성자를보고 있다고 생각한다면, 양성자 가이 중성자 쌍으로 변동하는 시간 중 일부는 자신을 속이고있다.
구체적으로, 양성자는 중성자와 하나의 쿼크와 하나의 아래쪽 골동품으로 만들어진 개척자로 변형된다. 이 판타스 파온은 다운 골동품 (고대 골동품을 포함하는 파이온이 쉽게 실현 될 수 없음)을 가지고 있기 때문에 Alberg, Gerald Miller 및 Tony Thomas와 같은 이론가들은 Pion Cloud 아이디어가 양성자의 측정 된 고대 잉여 잉여에 대해 설명했다고 주장했다.
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다른 몇 가지 주장도 나타났습니다. 프랑스의 Claude Bourrely와 공동 작업자는 통계 모델을 개발했습니다. 통계 모델을 개발했습니다. 통계 모델을 개발했습니다. 통계 모델을 개발했습니다. 통계 모델을 개발했습니다. 통계 모델을 개발했습니다. 통계 모델을 개발했습니다. 통계 모델을 개발했습니다. 통계 모델을 개발했습니다.이 모델은 양성자의 내부 입자를 방에서 가스 분자 인 것처럼 취급하여 각도 운동량의 정수 또는 반 인구 양에 의존하는 속도의 분포에 휘젓습니다. 수많은 산란 실험에서 데이터에 맞도록 조정되면이 모델은 하향 항문 과잉을 신성했습니다.
모델은 동일한 예측을하지 않았습니다. 양성자의 총 질량의 대부분은 양성자 바다 안팎으로 터지는 개별 입자의 에너지에서 비롯되며,이 입자는 다양한 에너지를 가지고 있습니다. 모델은 더 많은 에너지를 운반하는 골동품을 계산할 때 Down and Up Antiquarks의 비율이 어떻게 변해야하는지에 대해 다른 예측을했습니다. 물리학자는 골동품 운동량 분수라는 관련량을 측정합니다.
Fermilab의“NUSEA”실험이 1999 년 골동품 운동량의 함수로서의 다운 목표 비율을 측정했을 때, 그들의 대답은“모든 사람을 불렀다”고 Alberg는 회상했다. 이 자료는 충분한 운동량을 가진 골동품들 사이에서, 실제로, 실제로, 그들은 장치의 탐지 범위의 끝에 옳았다. 앨버그는“모든 이론가는‘잠깐만 기다려라’라고 말하고있었습니다. "왜 골동품들이 운동량을 더 많이 얻을 때이 곡선이 뒤집어지기 시작해야합니까?"
이론가들이 고개를 긁었을 때, Nusea에서 일한 Geesaman과 Reimer는 때때로 가장자리의 데이터가 때때로 신뢰할 수 없다는 것을 알았으며 더 큰 골동품 운동량 범위를 편안하게 탐색 할 수있는 실험을 구축하기 시작했습니다. 그들은 그것을 Seaquest라고 불렀습니다.
정크 스폰
양성자에 대한 질문은 오래되었지만 현금이 부족한 상태에서 사용 된 부품에서 실험을 조립하기 시작했습니다. Reimer는“우리의 좌우명은 :축소, 재사용, 재활용이었습니다
그들은 함부르크의 실험실, 로스 알라 모스 국립 실험실의 남은 입자 탐지기, 1950 년대 컬럼비아 대학교의 사이클로트론에서 처음 사용되는 방사선 차단 철판에서 오래된 신틸라스를 인수했습니다. 그들은 NUSEA의 방 크기 자석을 용도 변경할 수 있었고 Fermilab의 기존 양성자 가속기에서 새로운 실험을 실행할 수있었습니다. Frankenstein 조립은 그 매력이 없었습니다. 브라운은 양성자가 50 년으로 거슬러 올라가는기구로 흘러 들어간시기를 나타내는 신호음은 모든 조각을 찾는 데 도움을 준 브라운은 말했다. “경고음이 나면 배에 따뜻한 느낌을줍니다.”
점차 그들은 그것을 작동시켰다. 실험에서, 양성자는 두 가지 표적을칩니다 :본질적으로 양성자 인 수소의 바이알과 중수소의 바이알 - 핵에 하나의 양성자와 하나의 중성자가있는 원자
양성자가 대상을 때릴 때, 원자가 중 하나는 때때로 목표 양성자 또는 중성자의 골동품 중 하나와 멸종시킨다. Reimer는“소멸이 발생하면 독특한 서명이 있습니다. 이 입자들은 충돌로 생성 된 다른“정크”와 함께 구식 석판을 만난다. “뮤온은 통과 할 수 있습니다. 다른 모든 것은 멈 춥니 다”고 말했다. 반대편의 뮤온을 감지하고 원래의 경로와 속도를 재구성함으로써“골동품이 운반하는 모멘텀 분획을 해결하기 위해 거꾸로 작업 할 수 있습니다.”
.양성자와 중성자는 서로를 반영하기 때문에-각각은 상대방의 다운 타입 입자 대신 상향 유형 입자가 있고 그 반대도 마찬가지입니다. 두 바이알의 데이터를 직접 비교하는 것은 양성자의 다운 골동품 대 비율을 직접 비교합니다.
2019 년 Alberg와 Miller는 Pion Cloud 아이디어를 바탕으로 Seaquest가 관찰해야 할 것을 계산했습니다. 그들의 예측은 새로운 Seaquest 데이터와 잘 일치합니다.
갑작스런 반전이 아닌 점차 상승, 고원, 다운 대비 비율을 보여주는 새로운 데이터도 Bourrely 및 회사의 유연한 통계 모델에 동의합니다. 그러나 Miller는이 라이벌 모델을 "예측보다는 기술적"이라고 부릅니다. 왜냐하면 다운 골동품 초과의 물리적 메커니즘을 식별하기보다는 데이터에 맞게 조정되기 때문입니다. 대조적으로,“우리의 계산에서 정말 자랑스럽게 생각하는 것은 그것이 진정한 예측이라는 것입니다.”라고 Alberg는 말했습니다. "우리는 매개 변수에 전화를 걸지 않았습니다."
이메일에서, Bourely는“통계 모델은 Alberg와 Miller의 통계 모델보다 강력하다”고 주장했다. 왜냐하면 그것은 입자 모두가 양극화되지 않은 산란 실험을 설명하기 때문이다. Miller는 Pion Clouds가 양성자의 안티 라트 단체 함량뿐만 아니라 다양한 입자의 자기 모멘트, 전하 분포 및 붕괴 시간뿐만 아니라“모든 핵의 결합, 따라서 존재”를 설명하면서 격렬하게 동의하지 않았습니다. 그는 Pion 메커니즘이“핵이 존재하는 이유, 왜 우리가 존재하는지에 대한 광범위한 의미에서 중요하다”고 덧붙였다.
.양성자를 이해하려는 궁극적 인 탐구에서, 결정 요인은 스핀 또는 본질적인 각 운동량 일 수 있습니다. 1980 년대 후반의 뮤온 산란 실험에 따르면 양성자 3 개의 원자가 쿼크 스핀은 양성자 총 스핀의 30%를 차지하지 못했습니다. "양성자 스핀 위기"는 다음과 같습니다. 다른 70%에 기여하는 것은 무엇입니까? 다시 한번, Fermilab Old-Timer 인 Brown은“다른 일이 일어나고 있어야합니다.”
.Fermilab과 결국 Brookhaven National Laboratory의 계획된 전자 이온 콜라이더에서 실험자들은 양성자 바다의 스핀을 조사 할 것입니다. 이미 Alberg와 Miller는 양성자 주변의 전체 "Meson Cloud"의 계산을 위해 노력하고 있으며, 여기에는 파이온과 함께 희귀 한 "Rho Mesons"가 포함됩니다. Pions는 스핀을 가지고 있지 않지만 Rho Mesons는 그렇게하므로 Alberg와 Miller가 결정하고자하는 방식으로 양성자의 전체 스핀에 기여해야합니다.
.Brown은 Fermilab의 Spinquest 실험은 Seequest와 같은 많은 사람들과 부분을 포함하고 있으며“거의 갈 준비가되어있다”고 말했다. “운이 좋으면 이번 봄에 데이터를 가져갈 것입니다. 바이러스에 대한 백신의 진행에 의존 할 것입니다. 핵 내부 에서이 깊고 모호한 질문 이이 나라의 코비 바이러스에 대한 반응에 의존한다는 것은 재미있는 일입니다. 우리는 모두 서로 연결되어 있지 않습니까?”
