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  • MIT物理学家计算出的质子内部的压力分布首次。他们发现了质子的高压核心推出,而周边区域向内推。

    MIT物理学家计算出的质子内部的压力分布首次。他们发现了质子的高压核心推出,而周边区域向内推。

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物理学家计算首次质子的压力分布

MIT物理学家计算出的质子内部的压力分布首次。他们发现了质子的高压核心推出,而周边区域向内推。

粒子的核心承受比中子星内较高的压力,根据一项新的研究。


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中子星是宇宙中密度最大,知名的对象中,承受的压力如此之大,一个明星的材料的一茶匙将等于月球的约15倍的重量。但事实证明,质子 - 基本粒子构成的宇宙大部分的可见物质 - 包含甚至更高的压力。

对于第一次,澳门太阳城最新网站的物理学家们计算出的质子的压力分布,并发现该粒子包含在其最激烈的一点,是产生比中子星内找到更大的压力高气压的核心。

这个核心由质子中心推出,而周边区域向内推。 (想象一个棒球试图足球被倒塌内展开。)的竞争压力,起到稳定的质子的整体结构。

物理学家的研究结果发表在今天 物理评论快报,代表了科学家们考虑到这两个夸克和胶子,质子的根本,亚原子成分的贡献计算出的质子的压力分布的第一次。

“压力是质子的一个基本方面,我们所知甚少的那一刻,”主要作者phiala沙纳汉,在澳门太阳城最新网站物理学助理教授。 “我们现在已经发现,夸克和胶子的质子中心正在产生显著向外的压力,并进一步向边缘,有一个围压。对这个结果,我们开车朝质子的结构的全貌“。

沙纳汉开展与合着者威廉·代特莫尔德,在澳门太阳城最新网站的物理学副教授的研究。两者都是在实验室进行核科学研究。

夸克显着

2018年5月,在美国物理学家能源的托马斯·杰斐逊国家加速器设施部门宣布,他们已经测得的第一次质子的压力分布,利用他们在制造氢的目标发射电子束。电子相互作用与目标质子内部夸克。物理学家然后确定整个质子的压力分布的基础上,其中从目标散射的电子的方式。他们的结果表明,在其最高点的压力测量的约10中的质子的高压中心35 帕斯卡,或中子星内的10倍的压力。

然而,沙纳汉说,他们的质子的压力的图片是不完整的。

“他们发现了一个相当显着的成效,”沙纳汉说。 “但结果却受到了一些的,共有的,因为我们的不完全理解所需的重要assumtions。”

具体而言,研究人员根据他们的压力估计对质子的夸克之间的相互作用,而不是它胶子。质子由两个夸克和胶子,这在质子内部动态和波动的方式不断交互的。杰斐逊实验室团队是唯一能够确定的夸克与它的探测器,它沙纳汉说,离开了的质子的压力贡献了很大一部分的贡献。

“在过去的60年里,我们已经建立了质子的结构夸克的作用相当好理解,”她说。 “但胶子结构是远远更难理解,因为它是众所周知的难以测量或计算”。

胶子移

代替测量使用粒子加速器的质子的压力,沙纳汉和德特莫尔德看着包括通过使用超级计算机来计算有助于质子的压力夸克和胶子之间的相互作用胶子的作用。

“质子里面,有对夸克和antiquarks,以及胶子,出现和消失的鼓泡量子真空,”沙纳汉说。 “我们的计算包括所有这些动态的波动。”

要做到这一点,研究团队采用了一种技术,物理学称为格子量子色动力学,量子色动力学,它是描述强作用力,粒子物理学的标准模型的三个基本作用力之一一组方程。 (其他两个是弱力和电磁力)的强大力量是什么结合夸克和胶子,以最终使质子。

晶格QCD计算使用四维网格,或网格,点来表示的空间中的三个维度和一个时间。研究人员计算出使用关于晶格定义量子色方程质子内部的压力。

“这是巨大的计算要求,所以我们用最强大的超级计算机在世界上做这些计算,”沙纳汉说。

球队花费大约18个月通过几种不同的超级计算机上运行夸克和胶子的各种配置,然后,确定在从所述质子的中心,出到其边缘的每个点的平均压力。

与杰弗逊实验室结果进行比较,沙纳汉和德特莫尔德发现,通过包括胶子的贡献,压在质子的分布显著移位。

我们已经看了来首次的压力分布的胶子的贡献,我们真的可以看到,相对于之前的结果的高峰已经变得更强,压力分布从质子中心进一步扩展,”沙纳汉说: 。

换句话说,看来在质子的最高压力为10左右35 帕斯卡,或10倍的中子星,类似于研究人员在杰弗逊实验室报告。周边低压区域延伸至比以前估计的更远。

确认这些新的计算将需要更强大的检测器,如电子 - 离子对撞机,物理学家旨在利用探测质子和中子的内部结构,更详细地比以前,包括胶子提出的粒子加速器。

“我们在理解定量在质子胶子的作用,初期,”沙纳汉说。 “通过结合实验测得的夸克的贡献,与我们的新胶子件的计算,我们是质子的压力,这是可以在新的对撞机在今后10年来测试预测的第一个完整的画面。”

这项研究得到了支持,部分由美国国家科学基金会和美国。能源部。


主题: 理论物理中心, 物理, 研究, 科学学院, 美国国家科学基金会(NSF), 能源部(DOE), 实验室核科学

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