Піон виявився дуже «жорсткою» елементарною часткою - такий висновок зробили фізики ЦЕРН на основі останніх результатів експерименту COMPASS.
Сильна взаємодія пов'язує кварки в протонах і нейтронах, а протони і нейтрони - в ядрах усіх хімічних елементів, з яких побудована матерія. Частинки, що складаються з кварка і антикварка, які називають піонами, є переносниками сильної взаємодії між нуклонами. Теорія сильних взаємодій дає точне передбачення для фізичної величини, званої поляризованістю піона, яка визначає ступінь деформації частинки під дією зовнішніх сил. Поляризованість піона спантеличувала фізиків з 80-х років минулого століття, коли були виконані її перші вимірювання, оскільки експериментальний результат не цілком відповідав теоретичним передбаченням. В експерименті COMPASS (ЦЕРН) отримані дані, які знаходиться в хорошій згоді з теорією. Результати опубліковані в лютому в журналі Physical Review Letters.
«Незважаючи на великі енергії, доступні в ЦЕРНі, цей експеримент є серйозним викликом, оскільки поляризуваність піону дуже мала і пов'язаний з нею ефект дуже складно виділити», - сказав Ян Фрідріх, дослідник з Технічного університету Мюнхена, один з ключових учасників проекту COMPASS.
Все, що ми бачимо у Всесвіті, складається з фундаментальних частинок, кварків і лептонів. Кварки об'єднані в групи по три, утворюючи будівельні блоки ядер - протони і нейтрони. Ядро водню, наприклад, складається з одного протона, в той час, як ядро атома золота - з 79 протонів і 118 нейтронів. Випускання і поглинання піонів протонами і нейтронами забезпечує сильну взаємодію, утримуючи нуклони в ядрі. Піони в свою чергу самі складаються з кварка і антикварка, які утримуються разом сильною взаємодією. Це робить їх поляризованість, тобто здатність до деформації своєрідним пробником для міжкваркових сил.
Для вимірювання поляризовуваності піона COMPASS вистрілював пучком піонів по нікелевій мішені. Оскільки піони в середньому наближалися до ядра нікелю на відстань всього вдвічі більшу за їх радіус, вони відчували дію дуже сильного електричного поля, яке змушувало піони деформуватися і змінювати свою траєкторію в процесі випускання частинки світла - фотона. Вимірюючи енергію випущених фотонів і відхилення піону на статистиці в 63 000 подій, фізики визначили поляризованість піона. За результатами стало ясно, що піон значно жорсткіший, ніж показували попередні експерименти, як це і очікувалося з теорії сильних взаємодій.
"Цей результат є відмінним доповненням до досліджень фундаментальних взаємодій, що проводяться на Великому адроному колайдері, і свідченням різноманітності і могутності дослідницької програми ЦЕРНу, - сказав генеральний директор ЦЕРНу Рольф Хойєр. У той час, як хіггсовський бозон, запропонований Браутом, Енглером і Хіггсом, забезпечує масою фундаментальні частинки, дозволяючи таким чином існувати складним об'єктам, велика частина нашої маси забезпечується енергією зв'язку сильної взаємодії, що утримує їх разом ".
Фото CERN
За матеріалами CERN