Protonii conțin de 10 ori mai multă presiune decât o stea neutronică

Dar, ei sunt atât de mici!

Fizicienii au realizat ceea ce a fost odată o sarcină imposibilă, pentru prima dată ei au calculat presiunea în interiorul unui proton – şi ea este mult mai impresionantă decât ne-am fi putut imagina.

Prin împușcarea protonilor cu electroni de înaltă energie, cercetătorii au măsurat presiunea şi atracția dintre trioul de quarci în proton, oferind perspective valoroase într-unul dintre cele mai stabile blocuri ale universului.

Fizicianul Latifa Elouadrhiri  de la Thomas Jefferson National Accelerator Facility compară înțelegerea anterioară a structurii protonului cu cea a inimii umane.

Ascultarea ritmului ei ne vă putea vorbi nu doar despre ceea cum aceasta lucrează.

„Noi avem tehnologia medicală de imagistică 3D care permite acum medicilor să învețe într-o manieră neinvazivă structura inimii”, a declarat Elouadrhiri  reporterului de la Nature Lizzie Gibney.

„Şi aceasta este ceea ce vrem să facem cu noua generație de experimente”.

Noi am înțeles de ceva timp că protonii sunt făcuţi din trei quarci – doi de tip „sus” şi unul descris ca „jos” – legați de ceva numit ca forță nucleară puternică.

Dincolo de asta, structura internă a protonului a fost mult timp un mister. Quarcii lui se ţin strâns împreună, dar trebuie să existe şi un fel de respingere care îi împedică să se prăbușească într-un punct.

Pentru a măsura cât de strâns se regăsesc aceste piese, cercetătorii au combinat două cadre teoretice diferite, dintre care unul a fost considerat practic imposibil de implementat în mod direct.

Energia şi impulsul părţilor interne ale protonului sunt codificate în ceea ce se numește factori de formă gravitaţională.

Gravitatea este o forţă într-atât de slabă încât este greu de a-i atrage o oarecare atenție în fizica particulelor, nu şi atunci când sunt forţe mult mai puternice în joc.

Dar, adânc în interiorul protonului, un câmp gravitațional poate fi afectat de energia şi impulsul particulelor.

Din păcate, aceasta a fost una din acele „idei frumoase doar în teorie”.

O lucrarea din 1966 (en), a fizicianului american Heinz Pagels (en), a descris procesul şi, de asemenea, a exclus aplicarea lui în practică datorită slăbiciunii extreme a gravitației.

Vedeţi şi: 10 curiozitaţi din fizică şi lucruri ciudate

Ceea ce Pagels nu a anticipat, a fost dezvoltarea unui cadru teoretic care lega comportamentele forţei electromagnetice de factorii de formă gravitațională.

Vedeţi şi: 23 de curiozităţi uimitoare despre gravitaţie

Cu alte cuvinte, mai târziu s-a descoperit că electronii ar putea înlocui o sondă gravitațională.

„Aceasta este frumusețe ei, voi aveți harta pe care credeți că nu o veţi primi niciodată”, spune Elouadrhiri (en).

„Dar iată-ne, umplând-o cu această sondă electromagnetică”.

Cheia a fost folosirea împrăştieriei Compton, care descrie interacțiunea dintre fotonii de lumină şi o particulă încărcată, aşa ca electronul.

În acest caz, ei au amplificat accelerarea unui electron cu scopul de ai îngusta suficient lungimea de undă, astfel încât să penetreze un proton.

Ei apoi au urmărit împrăștierea fotonilor produși, combinând detaliile lor cu informațiile despre proton şi electronul accelerat pentru a determina cum au reacționat quarcii la lovitură.

Această împrăștiere a furnizat o hartă a energiei şi a impulsului ce descrie o presiune exterioară extremă în centrul protonului, împiedicând-ul să se prăbușească.

Confruntarea cu această împingere a fost egală cu presiunea care menţine quarcii împreună.

Se primește că, această îmbrățișare a quarkului este egală 100 de decilioane (10³³) de Pascali. Un număr format din 35 de zerouri.

Imaginați-vă o stea neutronică, unde materia este îndesată într-atât de tare încât un munte ar putea fi comprimat astfel pentru a încăpea într-o linguriță.

În cazul quarcilor această presiune este de zece ori mai mare, afirmă echipa, făcând nucleul unui proton un spaţiu extrem de intens.

Vedeţi şi: Fizicienii au confirmat nucleul în formă de pară – sfârșitul visurilor noastre de a călători în trecut

Următorul pas al echipei este de a continua să folosească acest proces pentru a crea o înţelegere mai aprofundată a mecanicii interne a protonului, calculându-i forţele şi în cele din urmă construind o imagine a modului în care se deplasează quark-urile sale.

Cunoașterea mai bună a interiorul protonilor, ne-ar putea spune mai multe despre aceea dacă protonii se descompun.

Pentru moment, ei par destul de stabili pentru a supravieţui Universului (en) (iar apoi şi altora), dar determinarea modului în care şi când vor ceda, va oferi indicii valoroase despre unele din trăsăturile fundamentale ale cosmosului.

Cercetarea a fost publicată în Nature.