미국의 새로운 전자 산란 데이터는 양성자의 전자기적 구조가 이론적 예측과 다를 수 있음을 시사합니다. 이는 2000년에 수행된 초기 측정을 부분적으로 뒷받침하는 관찰입니다. 이상 현상에 대한 설명은 불분명하지만 연구원들은 증가함에 따라 더 많은 통찰력이 나타날 수 있다고 믿습니다. 계산 능력을 통해 이론가들은 양성자의 구성 쿼크 사이의 상호 작용을 직접 계산할 수 있습니다.

양성자 내부의 쿼크는 강한 상호 작용에 의해 결합되며 양자 색역학(QCD) 이론은 이 상호 작용이 글루온에 의해 어떻게 매개되는지 설명합니다. 이 과정은 광자가 양자 전기역학에서 전자기적 상호 작용을 매개하는 방식과 유사하지만, 광자와는 달리 글루온은 결합하는 입자뿐만 아니라 서로 상호 작용합니다. 이것은 계산을 매우 비선형적으로 만들고 종종 사용 가능한 컴퓨팅 성능을 넘어서는 충돌에 대한 직접적인 QCD 예측을 설정합니다. 따라서 연구자들은 근사치에 의존하며 그 중 하나는 키랄 유효 장 이론입니다.

2000년 독일 Mainz Microtron의 연구원들은 전자와 액체 수소 사이의 충돌에 의해 생성된 가상 광자의 Compton 산란을 사용하여 양성자의 일반화된 전기 및 자기 분극 가능성을 측정했습니다. 이것은 전자기 자극에 대한 응답으로 신체가 얼마나 쉽게 변형되는지 보여줍니다.

이론과의 불일치

이론은 구조가 더 단단해짐에 따라 양성자에 더 깊이 집중함에 따라 전기 분극 가능성이 감소해야 한다고 제안합니다. 그러나 양성자가 기존의 구조를 가지고 있다고 가정하면 실험 데이터는 키랄 유효 장 이론에 의해 예측된 산란 패턴과 일치하지 않는 것으로 나타났습니다. "이러한 측정에는 큰 불확실성이 있었고 독립적인 확인이 부족했기 때문에 [관찰]은 약간 유보되었습니다."라고 말합니다. 니코스 스파베리스 버지니아의 토머스 제퍼슨 국립 가속기 시설과 필라델피아의 템플 대학교.

새로운 연구에서 Sparveris와 동료들은 Compton 산란 실험을 반복했지만 불확실성을 줄이기 위해 Jefferson 연구소의 일부 고급 기능을 사용했습니다. Sparveris는 "우리는 양성자에 전자를 던지고 전자와 양성자 사이에 가상 광자가 교환된 다음 마지막에 실제 광자가 생성됩니다."라고 설명합니다. “생성된 실제 광자는 분극 가능성을 측정하는 데 필요한 전기장과 자기장에 시스템을 노출시킵니다. 가상 광자의 에너지는 관찰의 규모를 정의합니다.” 연구원들은 가상 광자의 파장을 정의하는 충돌에서 교환되는 서로 다른 에너지와 운동량에서의 반응을 측정했습니다.

양성자가 더 작은 규모에서 더 단단해지면 측정된 전기 분극도는 가상 광자의 파장과 함께 부드럽게 떨어집니다. 그러나 2000년의 Mainz 데이터와 마찬가지로 Jefferson Lab 데이터도 이러한 추세에서 벗어난 것으로 보입니다.

작지만 그럼에도 불구하고

Sparveris는 "어느 시점에서 약간의 국지적 향상이 있습니다. 다시 떨어지기 전에 일시적으로 증가하는 고원 또는 작은 융기입니다."라고 Sparveris는 말합니다. 그것은 원래 제안된 것입니다 – 그것은 더 작은 것처럼 보입니다…하지만 이제 우리는 그것을 보고하는 두 개의 독립적인 그룹이 있습니다.

계산 능력이 Jefferson Lab에서 충돌의 전체 격자 QCD 시뮬레이션을 수행할 수 있게 됨에 따라 더 많은 이론적 통찰력이 곧 증가할 것입니다. Sparveris는 "그들은 앞으로 몇 년 안에 그것을 할 수 있을 것입니다."라고 말했습니다. 실험가들은 피크가 실제로 존재하는지 확인하고 그 모양을 매핑하기 위해 더 많은 측정을 수행할 계획입니다. "미래에 이상적으로는 독립적인 반응 채널을 통해 이것을 측정하고 싶을 것이며 양전자 빔을 사용할 수 있게 되면 Jefferson Lab에서 잠재적으로 사용할 수 있게 될 것입니다."

"이런 흥미로운 데이터!" 실험 핵 물리학자는 말한다 로널드 길먼 뉴저지에 있는 Rutgers 대학의 "양성자의 구조는 복잡하고, 수십 년 동안 우리는 일부 속성을 측정하기 전에 우리가 만든 단순한 가정이 틀렸다는 것을 계속 발견했습니다. 그래서 여기서 다시 배울 새로운 것이 있다면 좋을 것입니다!" 그러나 그는 다음과 같이 덧붙입니다. 완전히 확신하기 전에 이것과 비슷한 품질의 또 다른 새로운 결과를 보고 싶습니다.”

메릴랜드 대학교 이론 물리학자 지 시앙동 더 회의적입니다. "모든 모델은 단조로운 감소를 예측합니다."라고 그는 말합니다. "나는 단조 감소가 사실임에 틀림없는 이론의 일반적인 특징이라고 말하고 싶습니다." 따라서 그는 모순된 결론을 받아들이기 위해 매우 높은 수준의 통계적 유의성을 요구할 것입니다. .

연구는 다음에 설명되어 있습니다. 자연.