Dữ liệu tán xạ electron mới từ Mỹ cho thấy cấu trúc điện từ của proton có thể khác với các dự đoán lý thuyết – một quan sát chứng thực một phần các phép đo trước đó được thực hiện vào năm 2000. Lời giải thích cho sự bất thường là không rõ ràng, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng nhiều hiểu biết sâu sắc hơn có thể xuất hiện khi ngày càng nhiều khả năng tính toán cho phép các nhà lý thuyết thực hiện các tính toán trực tiếp về tương tác giữa các quark cấu thành của proton.

Các quark bên trong một proton bị ràng buộc bởi tương tác mạnh và thuyết sắc động lực học lượng tử (QCD) mô tả tương tác này được trung gian bởi gluon như thế nào. Quá trình này tương tự như cách các photon làm trung gian cho tương tác điện từ trong điện động lực học lượng tử, tuy nhiên, không giống như các photon, các gluon tương tác với nhau cũng như với các hạt mà chúng liên kết. Điều này làm cho các phép tính phi tuyến tính cao và thường đưa ra các dự đoán va chạm QCD trực tiếp vượt quá khả năng tính toán sẵn có. Do đó, các nhà nghiên cứu dựa vào các phép tính gần đúng, một trong số đó là lý thuyết trường hiệu dụng bất đối.

Năm 2000, các nhà nghiên cứu tại Mainz Microtron ở Đức đã sử dụng sự tán xạ Compton của các photon ảo được tạo ra bởi sự va chạm giữa các electron và hydro lỏng để đo tính phân cực điện và từ tổng quát của proton. Những điều này cho thấy một cơ thể dễ dàng biến dạng như thế nào để đáp ứng với các kích thích điện từ.

Bất đồng với lý thuyết

Lý thuyết cho thấy khả năng phân cực điện sẽ giảm khi người ta tập trung sâu hơn vào proton khi cấu trúc trở nên cứng hơn. Tuy nhiên, nếu giả định rằng proton có cấu trúc thông thường của nó, thì dữ liệu thực nghiệm có vẻ không phù hợp với kiểu tán xạ được tiên đoán bởi lý thuyết trường hiệu dụng bất đối. “Các phép đo này đi kèm với độ không đảm bảo lớn và do thiếu xác nhận độc lập [việc quan sát] đã được xem xét với một số hạn chế”, nói Nikos Sparveris của Cơ sở Máy gia tốc Quốc gia Thomas Jefferson ở Virginia và Đại học Temple ở Philadelphia.

Trong nghiên cứu mới, Sparveris và các đồng nghiệp đã lặp lại thí nghiệm tán xạ Compton, nhưng sử dụng một số khả năng tiên tiến của phòng thí nghiệm Jefferson để giảm bớt sự không chắc chắn. Sparveris giải thích: “Chúng tôi ném các electron vào một proton, một photon ảo được trao đổi giữa electron và proton, sau đó một photon thực được tạo ra ở điểm cuối. “Photon thực được tạo ra đặt hệ thống tiếp xúc với điện trường và từ trường mà bạn cần để cho phép đo độ phân cực; năng lượng của photon ảo xác định quy mô của quan sát.” Các nhà nghiên cứu đã đo phản ứng ở các năng lượng và xung lượng khác nhau được trao đổi trong các vụ va chạm – thứ xác định bước sóng của photon ảo.

Nếu proton trở nên cứng hơn trên các thang đo nhỏ hơn, thì độ phân cực điện đo được sẽ giảm nhẹ theo bước sóng của photon ảo. Tuy nhiên, giống như dữ liệu của Mainz từ năm 2000, dữ liệu của Phòng thí nghiệm Jefferson dường như cũng đi chệch khỏi xu hướng này.

Nhỏ hơn, nhưng vẫn có

Sparveris cho biết: “Tại một thời điểm nào đó, có một sự tăng cường cục bộ nào đó – một trạng thái bình nguyên hoặc vết sưng nhỏ nơi nó tạm thời tăng lên trước khi giảm trở lại,” Sparveris nói. ban đầu được đề xuất – nó có vẻ nhỏ hơn… nhưng bây giờ chúng tôi có hai nhóm độc lập báo cáo về nó, câu hỏi từ khía cạnh lý thuyết là: nếu thực sự có thứ gì đó thực sự ở đó, thì điều gì có thể giải thích nó?”

Nhiều hiểu biết lý thuyết hơn có thể sẽ sớm tăng lên khi sức mạnh tính toán cho phép thực hiện các mô phỏng QCD mạng đầy đủ của các vụ va chạm tại Phòng thí nghiệm Jefferson. Sparveris nói: “Rất có thể họ sẽ làm được điều đó trong vài năm tới. Các nhà thực nghiệm dự định thực hiện nhiều phép đo hơn để xác nhận rằng đỉnh thực sự tồn tại và vạch ra hình dạng của nó. “Xa hơn nữa trong tương lai, lý tưởng nhất là người ta muốn đo lường điều này thông qua một kênh phản ứng độc lập và điều này có thể khả dụng tại Phòng thí nghiệm Jefferson nếu có sẵn một chùm positron.”

“Dữ liệu hấp dẫn như vậy!” nhà vật lý hạt nhân thực nghiệm nói Ronald Gilman của Đại học Rutgers ở New Jersey. “Cấu trúc của proton rất phức tạp và trong nhiều thập kỷ, chúng tôi tiếp tục phát hiện ra rằng những giả định đơn giản mà chúng tôi đưa ra trước khi có thể đo lường một số tính chất đều sai… Vì vậy, thật tuyệt nếu ở đây một lần nữa chúng ta lại có điều gì đó mới để học!” Tuy nhiên, ông nói thêm rằng: “Nếu những điều không chắc chắn cũ được đánh giá thấp theo hệ số hai - điều này không điên rồ - tầm quan trọng của đỉnh sẽ giảm đi nhiều, và bạn có thể tưởng tượng một đường cong mượt mà mô tả khá rõ tất cả dữ liệu… Tôi thực sự muốn thấy một kết quả mới khác có chất lượng tương tự như kết quả này trước khi tôi bị thuyết phục hoàn toàn.”

Nhà vật lý lý thuyết của Đại học Maryland Tương Đông Tế anh ấy hoài nghi hơn: “Mọi mô hình đều dự đoán mức giảm đơn điệu,” anh ấy nói; “Tôi sẽ đi xa hơn khi nói rằng sự giảm đơn điệu là một đặc điểm chung của lý thuyết này phải đúng.” Do đó, anh ấy sẽ yêu cầu mức ý nghĩa thống kê cực kỳ cao để chấp nhận một kết luận trái ngược: “[Các nhà nghiên cứu] có ba điểm dữ liệu, một trong số đó có vẻ cao hơn một chút so với những điểm còn lại – tôi nghĩ đó không phải là phép đo có ý nghĩa thống kê,” anh ấy kết luận .

Nghiên cứu được mô tả trong Thiên nhiên.