O echipă de fizicieni din cadrul Thomas Jefferson National Accelerator Facility ce aparţine de Department of Energy al SUA a măsurat distribuţia de presiune din proton.

Protonul, una dintre particulele care compun nucleul atomului, este compus din particule fundamentale denumite quarcuri și gluoni.

În urma unor măsurători recente, fizicienii au descoperit că presiunea exercitată asupra quarcurilor în apropierea centrului protonului este de 1035 Pa. Această presiune este de aproximativ zece ori mai mare decât presiunea din centrul stelelor neutronice, cele mai dense obiecte cunoscute din Univers.

Distribuția presiunii în protonCredit: Thomas Jefferson National Accelerator Facility.

„Distribuția presiunii în interiorul protonului este dictată de forța nucleară tare, forța care leagă trei quarcuri ce formează un proton. Astfel, rezultatele noastre evidenţiază variaţia forţei nucleare tari din interiorul protonului.

Am reuşit să măsurăm intensitatea și distribuția forței nucleare tari în interiorul protonului, ceea ce deschide o nouă direcţie de cercetare în fizica nucleară”, a declarat Dr. Volker Burkert, autorul principal al studiului.

Aceste informaţii sunt rezultatul unei analize inteligente a două cadre teoretice de bază din fizica nucleară şi a unor date experimentale recente.

În primul rând, există distribuția partonică generalizată care le permite fizicienilor să obţină o imagine tridimensională a structurii protonilor, așa cum rezultă aceasta pe baza forței electromagnetice.

În al doilea rând, există factorii de formă gravitațională ai protonului. Acești factori de formă descriu structura protonului pe baza sondării protonului cu ajutorul forței gravitaționale.

Fizicianul american Dr. Heinz Pagels, care a dezvoltat conceptul de factori de formă gravitațională în anul 1966, a remarcat într-o lucrare de specialitate că „există puține şanse să obţinem date privind structura detaliată a unei particule nucleare, din cauza intensităţii scăzute a forţei gravitaționale de la nivelul nucleului atomic”.

Cu toate acestea, unele lucrări teoretice recente au stabilit o legătură între distribuția partonică generalizată şi factorii de formă gravitațională, ceea ce a permis ca rezultatele obţinute pe baza forţei electromagnetice să poată fi echivalate cu cele obţinute cu ajutorul forţei gravitaționale.

Sonda electromagnetică pentru protoni utilizată de fizicieni în cadrul experimentului privind variaţia presiunii în proton constă din fascicule de electroni generate de acceleratorul Continuous Electron Beam Accelerator Facility.

Electronii au fost direcționați către nucleele atomilor unde au interacționat electromagnetic cu quarcurile din interiorul protonilor printr-un proces denumit „împrăștiere Compton” sau efect Compton.

În acest proces un electron intră într-un proton și schimbă un foton virtual cu un quarc, transferând energia către quarc și proton. Ulterior, protonul eliberează această energie prin emiterea unui alt foton. Procesul este analog cu cel descris de calculele efectuate de Dr. Pagels cu privire la modalitatea prin care s-ar putea sonda gravitațional protonul printr-un fascicul ipotetic de gravitoni.

Rezultatele obţinute de Dr. Burkert, Dr. Elouadrhiri și Dr. Francois-Xavier Girod cu privire la distribuţia presiunii în proton au fost stabilite pe baza unei similitudini între studiile cu privire la structura protonului bazate pe forţa electromagnetică și cele având la baza ipoteticele interacţiuni gravitaţionale din proton.

„Există un foton care intră și un foton care iese. Ambii fotoni au spinul 1 şi ei ne furnizează aceleaşi informaţii ca în cazul schimbului unui graviton având spinul 2.

În consecinţă, acum putem studia structura protonului similar modului cum s-au analizat procesele electromagnetice, dar relativ la factorii de formă gravitațională, care reprezintă structura mecanică a protonului”, a declarat Dr. Girod.

Sursă: Sci-News