Jei patekote į magijos mokyklos autobusą ir pradėjote trauktis - mažesni nei skruzdėlynas ar ameba ar viena ląstelė, o tada traukėtės tol, kol pavieniai atomai buvo tokie dideli, kaip ištisi pasauliai, ir net jų sudedamosios dalelės palietė virš jūsų - jūs norėtumėte įeik į pasaulį, kuriame burbuliuoja milžiniškas, prieštaringas spaudimas.
Protono centre didesnis slėgis, nei tas, kuris yra neutroninės žvaigždės viduje, išstums jus link dalelės krašto. Tačiau esant išorinėms protono riboms, lygi ir priešinga jėga stumtų jus link protono centro. Pakeliui jus aplenks šone judančios šlyties jėgos, kurios žymiai viršija bet ką, ką bet koks asmuo gali patirti per savo gyvenimą.
Naujame leidinyje, paskelbtame vasario 22 d. Žurnale „Physical Review Letters“, pateikiamas išsamiausias kol kas konkuruojančio slėgio protone aprašymas, ne tik pagal jo kvarkus - daleles, kurios suteikia protonui jo masę, bet ir apie jo klonus, beveidės dalelės, jungiančios tuos kvarkus.
Ši burbuliuojanti, verdanti kvantinė būsena
Paprastas protonų aprašymas apima tik tris kvarkus, kuriuos laiko krūva klonų. Tačiau šie aprašymai yra neišsamūs, sakė tyrimo bendraautorė Masačusetso technologijos instituto (MIT) fizikė Phiala Shanahan.
„Protonas yra sudarytas iš gliukų krūvos, o vėliau iš kvarkų krūvos“, - „Shanahan“ pasakojo „Live Science“. "Ne tik trys. Yra trys pagrindiniai kvarkai, o paskui bet koks skaičius kvarko ir antikvario porų, kurios atsiranda ir išnyksta ... Ir visas sudėtingas šios burbuliuojančios, verdančios kvantinės būsenos sąveika sukelia slėgį."
Shanahanas ir bendraautorius Williamas Detmoldas, kuris taip pat yra MIT fizikas, nustatė, kad klonai sukuria maždaug dvigubai didesnį slėgį nei protono viduje esantys kvarkai ir kad šis slėgis pasiskirsto platesnėje srityje, nei buvo žinoma anksčiau. Jie nustatė, kad protono bendras slėgis viršija 100 decilijonų (arba 1 su 35 nuliais po juo) paskalų - arba maždaug 260 sekstillionų (arba 26 su 22 nuliais po jo), didesnį nei slėgis Žemės centre.
Kritiškai svarbu, kad tas slėgis nukreiptas dviem skirtingomis kryptimis.
„Yra teigiamas spaudimas, todėl turi būti ir neigiamas slėgis“, - sakė ji. "Jei būtų tik teigiamas slėgis, protonas toliau plečiasi ir nebūtų stabilus."
Labai didelis paskaičiavimas
Bet koks didžiulis yra tas slėgis, mokslininkams nėra galimybių tiesiogiai juos išmatuoti daugeliu atvejų. Norėdami ištirti protonų vidų, mokslininkai juos bombarduoja tolygesniais elektronais esant labai didelei energijai. Proceso metu jie keičia protonus. Joks žinomas eksperimentas negali atskleisti, kas tai yra protonas esant žemai energijai, kurią jie dažniausiai patiria.
Taigi mokslininkai remiasi kvantinės chromodinamikos (QCD) teorija, kuri apibūdina kvarkus ir stiprius jėgą nešančius klonus, kurie juos jungia. Mokslininkai žino, kad QCD veikia todėl, kad didelės energijos eksperimentai pateisina jo prognozes, sakė Detmoldas. Bet, būdami mažai energijos, jie turi pasitikėti matematika ir skaičiavimais.
„Deja, labai sunku analizuoti, užrašyti lygtis rašikliu ir popieriumi“, - teigė Shanahanas.
Vietoj to, tyrinėtojai kreipiasi į superkompiuterius, sujungiančius tūkstančius procesoriaus branduolių, kad išspręstų sudėtingas lygtis.
Netgi dirbant dviem superkompiuteriais, skaičiavimai užtruko apie metus, sakė ji.
Shanahanas ir Detmoldas padalijo protoną į skirtingus jo matmenis (trys erdvei ir vienas laikui), kad būtų supaprastinta problema, kurią turėjo išspręsti superkompiuteriai.
Vietoj vieno numerio gautas slėgio žemėlapis atrodytų kaip strėlių laukas, visų dydžių ir nukreiptas skirtingomis kryptimis.
Taigi atsakymas į klausimą: "Koks yra slėgis protono viduje?" labai priklauso nuo to, kokią protono dalį jūs klausiate.
Tai taip pat priklauso nuo protono spindulio. Jei protonai yra maigai su klonais ir kvarkais, tie maišeliai auga ir traukiasi priklausomai nuo kitų juos veikiančių dalelių. Taigi Shanahano ir Detmoldo rezultatai nėra vienodi skaičiai.
Bet dabar mūsų visų šių mažų, verdančių pasaulių kraštutinumų žemėlapiai yra daug ryškesni.
