Сили, що діють всередині атомних ядер, викликають у фізиків винятковий інтерес. Нові експерименти в області проміжних енергій дозволяють зробити ще один крок до розуміння властивостей сильної взаємодії.
Щоб зрозуміти природу сильної взаємодії в деталях, дослідники проводять складні експерименти, наприклад, переводять протон у «збуджений» стан. Такі «збуджені протони» називають нуклонними резонансами. Нагадаємо, що нуклон - це загальна назва для частинок, з яких складається атомне ядро, тобто для протона і нейтрона.
Вивчати нуклонні резонанси можна тільки за реакціями їх розпаду, тобто «відловлюючи» частинки, які при такому розпаді утворюються. Зазвичай нуклонні резонанси розпадаються на нуклон і кілька позитивних і негативних пі-мезонів. Самі резонанси виникають в результаті зіткнення отриманих в прискорювачі частинок з протонною мішенню. Основна складність таких досліджень у тому, що виникає відразу кілька резонансів, які «заважають» один одному.
Нещодавно група фізиків Науково-дослідного інституту ядерної фізики (НДІЯФ) МДУ, що працює в колаборації CLAS Лабораторії Джефферсона (США), вперше отримала детальну інформацію про реакцію народження мезонів в результаті розпаду нуклонних резонансів в області проміжних енергій. В експерименті пучок електронів з енергіями до 6 ГЕВ, сфокусований до товщини людського волосся (0,1 мм), направляли на мішень з рідкого водню.
Встановлення в Лабораторії Джефферсона включає прискорювач CEBAF і детектор CLAS. Прискорювач створює безперервний пучок електронів і гальмівних фотонів з рекордними для таких систем величинами енергії, струму і параметрами поляризації пучка. Безперервний пучок електронів і фотонів робить можливим реєструвати в кінцевому стані відразу кілька частинок, аж до шести. Детектор CLAS здатний у кожній події визначати всі типи частинок, що утворилися. У середньому він обробляє близько двох тисяч подій на секунду.
Експерименти з нуклонними резонансами - важлива частина вивчення сильної взаємодії, що відповідає за існування адронів. «Ми проводимо експеримент, щоб зрозуміти, як влаштована сильна взаємодія при переході від високих енергій до низьких», - розповів один з дослідників, старший науковий співробітник НДІЯФ МДУ, кандидат фізико-математичних наук Євген Ісупов. Важливість завдання пов'язана з тим, що одна з основ сучасної теорії мікроміру - квантова хромодинаміка, що описує сильну взаємодію, добре працює тільки для великих енергій. А для низьких енергій її передбачення сильно розходяться з експериментом. Вирішити цю проблему поки не вдалося.
Сильна взаємодія в області проміжних енергій - предмет особливої турботи фізиків. З одного боку саме на цих енергіях в мікромірі відбувається безліч цікавих явищ, а з іншого - квантова хромодинаміка не дуже успішна в кількісному описі цих явищ. Нові дані колаборації CLAS по народженню мезонів в результаті розпаду нуклонних резонансів в області проміжних енергій дозволяють зробити ще один крок до розуміння властивостей сильної взаємодії.
Із супутніх завдань можна відзначити пошук так званих «missing» (відсутніх) станів. Так називають нуклонні резонанси, існування яких передбачається кварковою моделлю, але вони досі не виявлені в експерименті.
Крім того, передбачається, що сильна взаємодія кварків, що становлять протон, відповідає за формування його маси. Нещодавно відкритий бозон Хіггса пояснює механізм виникнення маси фундаментальних частинок, у тому числі кварків. Однак маса кварків, що становлять протон, в 60 разів менше, ніж маса самого протону (15 МеВ з 940 МеВ). Існує кілька гіпотез механізму виникнення відсутньої маси, які чекають свого підтвердження.
За матеріалами http://www.sinp.msu.ru, https://www.jlab.org