МОДЕЛЬ ПРОТОНА

[Король Альтов]

Протон может принудить физиков к пересмотру квантовой электродинамики

http://science.compulenta.ru/733235/
25 января 2013 года, 11:54 | Текст: Александр Березин
Протон — непременный элемент ядер атомов и, по сути, основа барионной (обычной) материи (в том виде, который нам известен). Достаточно напомнить, что порядковый номер химического элемента в периодической таблице и все его химические свойства полностью определяются зарядом ядра его атомов, который равен как раз количеству протонов в ядре. В этой связи понятен интерес научного сообщества к выяснению основных свойств этой частицы.

В 1960-х годах были произведены измерения радиуса протона на примере атомов обычного водорода. Они дали результат в 0,8768 ± 0,0069 фемтометра (фемтометр равен одной квадрилионной метра). В 2010 году такое же измерение было сделано с атомом водорода, в котором электрон заменили на мюон. И получилась другая цифра — 0,84184 ± 0,00067 фм, что на 4% меньше.
Сначала, несколько упрощая, о методике. Протон не футбольный мяч со строго определённой «стенкой», к которой можно приложить линейку. Чтобы его измерить, используют взаимодействие протона в ядре атома водорода и электрона, взаимодействующего, в свою очередь, с ядром. Электрон же обращается вокруг протона по определённым атомным орбиталям — дискретным энергетическим уровням, часть которых зависит от размеров протона. Именно поэтому для измерения его радиуса и следят за электронами в атоме водорода.

Считалось, что использование вместо электрона мюона, который в 200 раз тяжелее и потому будет вращаться вокруг протона на более низкой орбитали, позволит точнее определить размер протона. Логика в этом есть: мюон вынужден теснее электрона взаимодействовать с протоном. Однако попытка такого рода, предпринятая три года назад в Институте квантовой оптики им. Макса Планка под руководством Альдо Антоньини (Aldo Antognini), физика из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, привела не к ожидаемому росту точности (числа цифр после запятой), а к появлению принципиально другой оценки.

Неужели «жёлтая пресса», как всегда, раздувает? Ведь, казалось бы, четырёхпроцентная разница вряд ли заслуживает определения «принципиально иной оценки». Нет, всё именно так: расчёты квантовой электродинамики, считающейся одной из наиболее точных физических теорий, дают ошибки менее одной тысячной процента. А значит, итоги измерений 2010 года либо были неправильными, либо означали, что «неправильна» наша квантовая электродинамика.

И вот после трёх лет проверок тот же коллектив выяснил, что к истине ближе второй вариант. Радиус протона с мюоном (rE) равен 0,84087 ± 0,00039 фм. Хотя точность оценки в сравнении с опытом 2010 года заметно возросла, разница с измерениями по электрону никуда не делась и значительно превышает возможную инструментальную ошибку.

Как отмечают авторы исследования, это лишний раз усиливает загадку протонного радиуса. Приведёт ли это к пересмотру квантовой электродинамики?

Вообще говоря, у этого варианта развития событий есть альтернатива, то есть даже две: или в двух последних экспериментах с мюонами, или в измерениях с электронами была допущена невидимая миру ошибка. Многочисленные перепроверки делают эту гипотезу, прямо скажем, не очень-то доказуемой. Итак, возможно, группа Антоньини непреднамеренно открыла новую физику. Пока только она использовала мюон для измерения размеров протона, и существует слабая, но всё же резонная вероятность того, что сей мюон взаимодействует с протоном как-то иначе, чем электрон. Причём это «как-то иначе» должно быть предельно малым, иначе его уже обнаружили бы на Большом адронном коллайдере.

Правда, многие физики сомневаются. Современные воззрения не дают повода для подозрений в том, что мюон взаимодействует с протоном не так, как это делает электрон. С другой стороны, если эксперименты и их интерпретация не содержат ошибок (а их пока не нашли), то альтернатив такому варианту не видно.

[Король Альтов]

Измерение радиуса протона основано на эффекте, который в свою очередь является тройной заплаткой квантовой механики.
Во первых, Лэмбовский сдвиг был обнаружен Лэмбом и Резерфордом и противоречил расчетам Дирака.
Для устранения дыры в теории были придуманы следующие эффекты:
1) испускание и поглощение связанным электроном виртуальных фотонов, что приводит к изменению эффективной массы электрона и возникновению у него аномального магнитного момента;
2)  возможность виртуального рождения и аннигиляции в вакууме электронно-позитронных пар (т. н. поляризация вакуума), что искажает кулоновский потенциал ядра на расстояниях порядка комптоновской длины волны электрона (~4·10−11 см).
Далее Лэмб экспериментально получил значение магнитного момента электрона, которое отличается в 1,001159652200 раз от значения магнетона Бора предсказанного Дираком  - опять несовпадение.
Для его устранения была применена т.н. теория перенормировок.
Это т.н. подгонка формул добавлением в них разных дополнительных членов Лагранжиана, с тем, чтоб формулы давали правильный ответ.

Итак физики для устранения опыта с теорией наложили несколько заплаток: придумали механизм виртуальных частиц и теорию перенормировок.

И после этого все сошлось.

А сейчас мы наблюдаем третье ,новое противоречие теории, и неудивительно - подогнать результат одного эксперимента одной точки на графике это не то же самое что сделать это же для двух точек - когда варьируется масса электрона.
Но ничего, я думаю физики справятся - ведь они не учли еще влияние темной материи и темной энергии или еще чего ни будь эдакого.

[Король Альтов]

Очень интересные мысли - я честно затруднюясь оценить их безупречность, но интуитивно чувствую, что вы мне раскрыли глаза на феномен фантастической точности квантовой электродинамики - о мама мия - метод подгонки.

Протон может принудить физиков к пересмотру квантовой электродинамики

Протон — непременный элемент ядер атомов и, по сути, основа барионной (обычной) материи (в том виде, который нам известен). Достаточно напомнить, что порядковый номер химического элемента в периодической таблице и все его химические свойства полностью определяются зарядом ядра его атомов, который равен как раз количеству протонов в ядре. В этой связи понятен интерес научного сообщества к выяснению основных свойств этой частицы.
Протонный ускоритель, участвовавший в новых измерениях (фото CREMA collaboration / Paul Scherrer Institute).
В 1960-х годах были произведены измерения радиуса протона на примере атомов обычного водорода. Они дали результат в 0,8768 ± 0,0069 фемтометра (фемтометр равен одной квадрилионной метра). В 2010 году такое же измерение было сделано с атомом водорода, в котором электрон заменили на мюон. И получилась другая цифра — 0,84184 ± 0,00067 фм, что на 4% меньше.
Сначала, несколько упрощая, о методике. Протон не футбольный мяч со строго определённой «стенкой», к которой можно приложить линейку. Чтобы его измерить, используют взаимодействие протона в ядре атома водорода и электрона, взаимодействующего, в свою очередь, с ядром. Электрон же обращается вокруг протона по определённым атомным орбиталям — дискретным энергетическим уровням, часть которых зависит от размеров протона. Именно поэтому для измерения его радиуса и следят за электронами в атоме водорода.
Считалось, что использование вместо электрона мюона, который в 200 раз тяжелее и потому будет вращаться вокруг протона на более низкой орбитали, позволит точнее определить размер протона. Логика в этом есть: мюон вынужден теснее электрона взаимодействовать с протоном. Однако попытка такого рода, предпринятая три года назад в Институте квантовой оптики им. Макса Планка под руководством Альдо Антоньини ( Aldo Antognini), физика из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, привела не к ожидаемому росту точности (числа цифр после запятой), а к появлению принципиально другой оценки.
Неужели «жёлтая пресса», как всегда, раздувает? Ведь, казалось бы, четырёхпроцентная разница вряд ли заслуживает определения «принципиально иной оценки». Нет, всё именно так: расчёты квантовой электродинамики, считающейся одной из наиболее точных физических теорий, дают ошибки менее одной тысячной процента. А значит, итоги измерений 2010 года либо были неправильными, либо означали, что «неправильна» наша квантовая электродинамика.
И вот после трёх лет проверок тот же коллектив выяснил, что к истине ближе второй вариант. Радиус протона с мюоном (rE) равен 0,84087 ± 0,00039 фм. Хотя точность оценки в сравнении с опытом 2010 года заметно возросла, разница с измерениями по электрону никуда не делась и значительно превышает возможную инструментальную ошибку.
Как отмечают авторы исследования, это лишний раз усиливает загадку протонного радиуса. Приведёт ли это к пересмотру квантовой электродинамики?
Вообще говоря, у этого варианта развития событий есть альтернатива, то есть даже две: или в двух последних экспериментах с мюонами, или в измерениях с электронами была допущена невидимая миру ошибка. Многочисленные перепроверки делают эту гипотезу, прямо скажем, не очень-то доказуемой. Итак, возможно, группа Антоньини непреднамеренно открыла новую физику. Пока только она использовала мюон для измерения размеров протона, и существует слабая, но всё же резонная вероятность того, что сей мюон взаимодействует с протоном как-то иначе, чем электрон. Причём это «как-то иначе» должно быть предельно малым, иначе его уже обнаружили бы на Большом адронном коллайдере.
Правда, многие физики сомневаются. Современные воззрения не дают повода для подозрений в том, что мюон взаимодействует с протоном не так, как это делает электрон. С другой стороны, если эксперименты и их интерпретация не содержат ошибок (а их пока не нашли), то альтернатив такому варианту не видно.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science. Подготовлено по материалам Nature News. Компьюлента

[Король Альтов]

Если честно, то все цитаты я скопипастил из Википедии - из статьи про "Лэмбовский сдвиг".
Только добавил свою оценку данных фактов.
"Виртуальные фотоны" и "поляризация вакуума" - звучит красиво и у студентов захватывает дух от грандиозности картины мира...
Только потом начинаешь задумываться  - а ведь все это придумано только для того, чтоб объяснить какое-то единичное расхождение в теории - никаких других следствий нет.
Следствий наподобие тех, что произошли после открытия электричества - неужели виртуальные фотоны и поляризованный вакуум больше ни для чего нельзя приспособить, кроме как заткнуть дыру в теории?
(Хотя виртуальные фотоны все же приспособили для "эффекта Казимира" сильно разрекламированного по этому поводу)
Как и черную материю - придумали только чтоб объяснить плохие расчеты модели галактики - ни для чего больше она не нужна и не может быть использована.

Наш форумчанин Игорь Мисюченко приспособил поляризацию вакуума и получил физически стройную и непротиворечивую теорию гравитации,вернее, обяснил гравитацию через такое свойство физического вакуума.

[Король Альтов]

Наш форумчанин Игорь Мисюченко приспособил поляризацию вакуума и получил физически стройную и непротиворечивую теорию гравитации,вернее, обяснил гравитацию через такое свойство физического вакуума.

Только поляризация в этом случае должна быть видимо гравитационной, а не электрической, поскольку гравитация к электромагнетизму не сводится?
А где можно эту теорию посмотреть? Ссылку не дадите?

[Король Альтов]

http://www.nfp-team.narod.ru/GT_1_3.pdf

[Rudnik-vs]

    У Игоря Мисюченко имеется свой сайт  *Электрический эфир*.    Там у него собраны единомышленники-альтернативщики более двух десятков человек.
   http://electricaleather.com/

   
 Извиняюсь, тут у меня и Канарев случайно проявился.

 Комментарий к ЧЕТВЕРТОЙ ГЛОБАЛЬНОЙ НАУЧНОЙ ОШИБКИ РАН.

ЧЕТВЁРТАЯ ГЛОБАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ ОШИБКА РАН И ЕЁ ПОСЛЕДСТВИЯ

http://micro-world.su/index.php/2017-01-14-10-36-16/1642-2017-03-11-10-58-53

Канарёв Ф.М. kanarevfm@mail.ru

Человечество всегда стремилось к совершенствованию своих интеллектуальных творений. Главная цель совершенствования - уменьшение расхода энергии техническими устройствами, главными из которых являются транспортные средства и средства, снижающие энергоёмкость промышленных технологических процессов. Посмотрим, насколько успешна эта деятельность.

Заключение

Анализ баланса мощности МГ-1 (табл. 4) проведён нами в 2013г. Он стал главной причиной закрытия государственного финансирования моих научных исследований, которые будут правильно оценены после моего ухода из жизни. Моё предложение перевести эти научные исследования в закрытый режим, было отвернуто без обсуждения. Цель этого действия всплыла, когда я издал первый свой учебник «Общая физика и общая химия» (100 экз.) за семейные деньги и пенсию, в том числе. Я начал рассылать читателям своего сайта предложение оплатить мне стоимость его пересылки (200руб) и получить мой учебник по почте. Разослал около сотни таких предложений известным мне читателям моего сайта и не получил ни одного согласия иметь этот учебник за 200руб. Причина?

Издание мною своего учебника – начало остановки процесса дебилизации миллионов школьников и студентов. Этот процесс контролируется Российской научно-образовательной Властью, возглавляемой лично президентом В.В. Путиным. И нет силы, способной вычеркнуть эти факты из моей жизни и из истории Отечества. Вся моя жизнь посвящена любви к Научной Истине и к Отечеству.

Конечно, в уме России давно есть самоприводной импульсный электромотор-генератор без постороннего источника энергии. Вероятно, он останется в фазе бездействия навсегда. 11.03. 2017г. К.Ф.М.

[Король Альтов]

    У Игоря Мисюченко имеется свой сайт  *Электрический эфир*.    Там у него собраны единомышленники-альтернативщики более двух десятков человек.
   http://electricaleather.com/

За сайт Игоря Мисюченко большое пребольшое спасибо - это очень грамотный товарищ.
А вот Конарев очень много о себе мнит и очень мало из себя представляет.
По своим научным результатам я превзошел его на порядки. И на фоне меня он просто пустое место, никто. И тем не менее я молчу и ни на что не претендую, а он подобно ничтожеству Менде строит из себя гиганта мысли, причем оба они откровенные нули.
Вот вы говорите, что у меня тут нечего обсуждать. А это совершенно неправильно, поскольку пока я тут  не начал размещать интересные для всех новостные темы, у меня тут было около 100 тем, среди которых есть несколько выдающихся теорий, которыми не может похвастаться никто. Просто на БФ подавляющее большинство участников имеют настолько низкий уровень интеллекта, что они мои теории даже не способны понять, поэтому их и никто тут не читает. А все как мухи летят на всякую дешевку и дерьмо типа Мамаева, Менде, Вашкевича и прочей шушары.

[Король Альтов]

https://lenta.ru/news/2018/11/27/proton/

Внутри протона нашли аномалию

Ученые из США и Китая окончательно определили источники массы протона и их вклад. Хиггсовский механизм отвечает лишь за девять процентов массы протона, остальное приходится на явления, описываемые квантовой хромодинамикой. При этом 23 процента массы возникает из-за аномальных эффектов, возникающих при взаимодействии кварков и глюонов, сообщает издание Science News.
Протоны состоят из трех кварков: одного d-кварка (нижнего) и двух u-кварков (верхних). Кроме того, внутри протона постоянно образуются и аннигилируются виртуальные пары кварки-антикварки. Однако масса кварков, возникающая из-за хиггсовского механизма, составляет лишь девять процентов массы протона. Известно, что остальная часть возникает за счет глюонов — безмассовых частиц, которые осуществляют сильное взаимодействие между кварками. Сильное взаимодействие описывается квантовой хромодинамикой (КХД), согласно которой каждый кварк обладает цветовым зарядом и разрешены только комбинации кварков, в сумме дающие бесцветное состояние.
Для изучения свойств протона ученые используют метод, называемый решеточной моделью, в которой пространственно-временной континуум представлен сеткой. В узлах решетки располагаются кварки, а глюоны соединяют собой узлы. Это позволяет упростить вычисления, которые слишком сложны из-за нелинейной природы сильного взаимодействия, через дискретизацию квантовой хромодинамики. Решеточная модель КХД, ранее позволившая физикам рассчитать массу протона, помогла определить, откуда берется большая часть этой массы.
Результаты показали, что существует несколько источников массы протона. 32 процента массы образуются за счет кинетической энергии кварков, 36 процентов — за счет энергии глюонов, а оставшиеся 23 процента — за счет аномальных квантовых эффектов, происходящих при взаимодействии между кварками и глюонами.

[Король Альтов]

https://www.youtube.com/watch?v=Dw2PhgbOpqQ

Прото́н (от др.-греч. πρῶτος — первый, основной) — элементарная частица. Относится к барионам, имеет спин 1/2 и положительный электрический заряд +1 e. Стабилен.
Протоны принимают участие в термоядерных реакциях, которые являются основным источником энергии, генерируемой звёздами. В частности, реакции pp-цикла, который является источником почти всей энергии, излучаемой Солнцем, сводятся к соединению четырёх протонов в ядро гелия-4 с превращением двух протонов в нейтроны.

Кварковая структура протона

В физике протон обозначается p (или p+). Химическое обозначение протона (рассматриваемого в качестве положительного иона водорода) — H+, астрофизическое — HII.
Относится к барионам, имеет спин 1⁄2, электрический заряд +1 (в единицах элементарного электрического заряда). В физике элементарных частиц рассматривается как нуклон с проекцией изоспина +1⁄2 (в ядерной физике принят противоположный знак проекции изоспина). Состоит из трёх кварков (один d-кварк и два u-кварка). Стабилен.
Масса протона, выраженная в разных единицах, составляет (рекомендованные значения CODATA 2014 года, в скобках указана погрешность величины в единицах последней значимой цифры, одно стандартное отклонение):
    938,272 0813(58) МэВ;
    1,007 276 466 879(91) а. е. м.;
    1,672 621 898(21)⋅10−27 кг;
    1836,152 673 89(17) массы электрона.
Внутренняя чётность протона равна 1.

[Король Альтов]

Отношение масс протона и электрона, равное 1836,152 673 89(17), с точностью до 0,002 % равно значению 6π⁵ = 1836,118…
Внутренняя структура протона впервые была экспериментально исследована Р. Хофштадтером путём изучения столкновений пучка электронов высоких энергий (2 ГэВ) с протонами (Нобелевская премия по физике 1961 г.). Протон состоит из тяжёлой сердцевины (керна) радиусом ≈ 0 , 25 ⋅ 10  ^{− 13}см, с высокой плотностью массы и заряда, несущей ≈ 35 %  электрического заряда протона и окружающей его относительно разреженной оболочки. На расстоянии от ≈ 0 , 25 ⋅ 10 ^{− 13}  до ≈ 1 , 4 ⋅ 10 ^{− 13}  см эта оболочка состоит в основном из виртуальных ρ- и π-мезонов, несущих ≈ 50 %  электрического заряда протона, затем до расстояния ≈ 2 , 5 ⋅ 10 ^{− 13}  см простирается оболочка из виртуальных ω- и π-мезонов, несущих ~15 % электрического заряда протона.
Давление в центре протона, создаваемое кварками, составляет порядка 10³⁵ Па (10³⁰ атмосфер), то есть выше давления внутри нейтронных звёзд.
Магнитный момент протона измеряется путём измерения отношения резонансной частоты прецессии магнитного момента протона в заданном однородном магнитном поле и циклотронной частоты обращения протона по круговой орбите в том же самом поле.
С протоном связаны три физических величины, имеющих размерность длины:
    комптоновская длина волны протона  \( {\displaystyle \lambda _{K}={\frac {2\pi \hbar }{mc}}\approx 1,32\cdot 10^{-13}} \) см;
    расстояние от центра протона до максимума плотности электрического заряда R _E ≈ 0 , 75 ⋅ 10 ^{− 13}см;
    гравитационный радиус протона \( {\displaystyle R_{G}={\frac {2Gm}{c^{2}}}\approx 2,48\cdot 10^{-52}} \) см.
Измерения радиуса протона с помощью атомов обычного водорода, проводимые разными методами с 1960-х годов, привели (CODATA-2014) к результату 0,8751 ± 0,0061 фемтометра (1 фм = 10⁻¹⁵ м). Первые эксперименты с атомами мюонного водорода (где электрон заменён на мюон) дали для этого радиуса на 4 % меньший результат 0,84184 ± 0,00067 фм. Причины такого различия пока неясны.
Ультрарелятивистские протоны (как и любые другие адроны, а также атомные ядра) для неподвижного наблюдателя имеют форму двояковогнутой линзы.
Так называемый слабый заряд протона Qw ≈ 1 − 4 sin² θ_W, определяющий его участие в слабых взаимодействиях путём обмена Z0-бозоном (аналогично тому как электрический заряд частицы определяет её участие в электромагнитных взаимодействиях путём обмена фотоном), составляет 0,0719 ± 0,0045, согласно экспериментальным измерениям нарушения чётности при рассеянии поляризованных электронов на протонах. Измеренная величина в пределах экспериментальной погрешности согласуется с теоретическими предсказаниями Стандартной модели (0,0708 ± 0,0003)

[Король Альтов]

https://nplus1.ru/news/2018/11/21/proton-dissecting

Физики впервые рассчитали «состав» массы протона

Физики из США и Китая впервые рассчитали вклады в массу протона, связанные с различными эффектами. Для расчетов, выполненных в рамках решеточной КХД, ученые использовали суперкомпьютер «Титан» производительностью около 27 петафлопс. В результате исследователи получили, что кварковый конденсат обеспечивает около 9 процентов массы протона, кинетическая энергия кварков — 32 процента, напряженность глюонного поля — 36 процентов, а аномальный вклад — 23 процента. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.
Практически вся материя Вселенной состоит из протонов и нейтронов, которые, в свою очередь, сложены из верхних (u) и нижних (d) кварков. Протон содержит два верхних и один нижний кварк (uud), нейтрон — один верхний и два нижних (udd). Масса каждого кварка возникает за счет механизма Хиггса — грубо говоря, из-за особой формы потенциала Хиггса электрослабая симметрия спонтанно нарушается, и Вселенная заполняется однородным полем, за которое «цепляются» частицы. Нижние кварки «цепляются» немного сильнее, чем верхние, поэтому их масса больше (пять мегаэлектронвольт против двух). Подробнее про этот механизм можно прочитать в материалах «С днем рождения, БАК!» и «Хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии». Тем не менее, если сложить массу двух верхних и одного нижнего кварка, получится всего один процент от «настоящей» массы протона.
Казалось бы, это расхождение можно объяснить с помощью Квантовой механики: кварки внутри протона очень тесно сжаты, следовательно, должны иметь большой импульс из-за принципа неопределенности Гейзенберга (Δx∙Δp ~ ℏ). С другой стороны, частицы с большим импульсом имеют большую кинетическую энергию, которая связана с массой формулой Эйнштейна E = mc². Подставляя в эту формулу примерный радиус протона r ~ 10⁻¹⁵ метров, можно получить массу около 600 мегаэлектронвольт (при большом импульсе энергия кварков примерно равна E ≈ 3pc ~ 3ℏc/r). Эта величина совпадает по порядку с экспериментально измеренным значением m_p ≈ 938 мегаэлектронвольт. К сожалению, такие рассуждения подходят только для качественной оценки, поскольку точно определить радиус протона невозможно. Кроме того, этот подход не позволяет точно выделить вклады в массу протона, связанные с различными квантовыми эффектами — например, с обменом виртуальными кварками или глюонами.
В действительности, более аккуратные феноменологические оценки на основе Стандартной модели и Квантовой хромодинамики (КХД) показывают, что масса протона складывается из четырех различных эффектов. Во-первых, массу дает кварковый конденсат, который состоит из валентных (основных) uud кварков и «морских» кварков — виртуальных кварк-антикварковых пар, которыми частицы постоянно обмениваются между собой. Во-вторых, необходимо учитывать кинетическую энергию кварков и напряженность глюонного поля — это члены, которые качественно можно ухватить с помощью соотношения Гейзенберга. Наконец, еще один аномальный вклад появляется из-за того, что в КХД нужно учитывать аномалии, связанные с остальными четырьмя кварками (s, c, b и t-кварками). Впервые эти четыре вклада качественно выделил в 1995 году Сян-Дун Цзи (Xiang-Dong Ji). К сожалению, КХД устроена таким образом, что ее уравнения нельзя решать пертурбативно, то есть раскладываясь по малому параметру. В частности, становится бесполезным вычисление диаграмм Фейнмана, поскольку диаграммы высоких порядков быстро расходятся. Поэтому долгое время физики не могли количественно оценить величину этих вкладов.

[Король Альтов]

Группа ученых под руководством И-Бо Яна (Yi-Bo Yang) впервые рассчитала значения каждого из четырех вкладов в массу протона. Для этого исследователи численно смоделировали протон с помощью решеточной КХД. В этом подходе непрерывное пространство-время заменяется дискретной решеткой, на которой «живут» кварки и глюоны. Поскольку в расчете используется конечный шаг по времени и пространству, его результат отличаются от истинного; тем не менее, ответ можно скорректировать, если учесть, что его погрешность зависит от шага решетки. Очевидно, что в пределе бесконечно малого шага решеточная и непрерывная КХД совпадают. К сожалению, вычисления в решеточной КХД требуют очень много ресурсов, причем требования растут пропорционально шестой степени от обратного шага решетки. Кроме того, сложность вычислений экспоненциально растет с числом частиц. Поэтому раньше ученые могли смоделировать только отдельные кварки или мезоны (частицы, состоящие из двух кварков). Численные расчеты с участием трех кварков стали возможны только в последнее время, когда заработали современные суперкомпьютеры. В частности, группа Яна использовала для расчетов суперкомпьютер «Титан», имеющий производительность около 27 петафлопс.
В этих расчетах ученые работали с сетками 24³×64, 32³×64 и 48³×96 (первые три числа — число узлов решетки по пространственным координатам, четвертое — по времени). Чтобы скомпенсировать ультрафиолетовые расходимости, физики использовали схему регуляризации M̅S̅ (minimal substraction). В результате исследователи получили, что кварковый конденсат обеспечивает около 9 процентов массы протона, кинетическая энергия кварков — 32 процента, напряженность глюонного поля — 36 процентов, а аномальный вклад — 23 процента. Погрешность вычислений составила около четырех процентов. Ученые отмечают, что их результаты согласуются с феноменологическими предсказаниями для энергии порядка двух гигаэлектронвольт.
В апреле прошлого года группа χQCD впервые рассчитала вклад глюонов в суммарный спин протона — по данным ученых, он составляет примерно половину абсолютной величины. Это была первая статья, в которой решеточную КХД удалось применить для моделирования системы из трех кварков. Тем не менее, физики надеются, что в скором времени удастся рассчитать и другие свойства протона — в июне этого года в Национальной лаборатории Ок-Ридж заработал новый суперкомпьютер Summit, мощность которого составляет более 200 петфлопс. Когда этот компьютер заработает на полную мощность, его производительность будет в 10–15 раз превышать производительность компьютеров, на которых ученые рассчитывали спин и массу протона. Кроме того, в апреле этого года в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна) запустили суперкомпьютер «Говорун» мощностью около 0,6 петафлопс, который тоже планируется использовать для вычислений в рамках решеточной КХД.

[Король Альтов]

https://lenta.ru/articles/2015/07/10/proton/

Внутри протона: Завершено 23-летнее исследование адронной частицы

Ускорительные кольца HERA Фото: desy.de

Коллаборации HERA (Hadron-Electron Ring Accelerator) из крупнейшего в Германии центра физики элементарных частиц DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) завершили 23-летние исследования внутренней структуры и свойств протона. О результатах своей работы ученые сообщили в середине июня 2015 года.
Коллаборации HERA объединяют около 300 ученых из 70 стран мира, включая Россию (например, группу физиков из Института экспериментальной и теоретической физики). Всего с 1992-го по 2007 год физики провели две серии экспериментов, получивших название H1 и ZEUS, а с 2008 года анализировали полученную информацию. Их данные — наиболее точные по физике протона.
Ускоритель HERA, расположенный в Гамбурге, уникален тем, что сталкивает, в отличие от, например, Большого адронного коллайдера (БАКа), протоны не друг с другом, а с бесструктурными частицами, лептонами — электронами, а также их античастицами — позитронами. Поэтому HERA состоит из двух различных ускорительных колец — сверхпроводящего кольца, в котором разгоняются протоны, и расположенного под ним кольца, где разгоняются лептоны.
Данные по глубоконеупругому (то есть изменяющему внутреннюю структуру частицы) рассеянию электронов и позитронов на протонах представлены учеными при энергиях протонов в 920, 820, 575 и 460 гигаэлектронвольт. Пучки электронов разгонялись до энергий в 27,5 гигаэлектронвольт. На масштабе Z0 бозона ученым также удалось уточнить значение константы сильного взаимодействия.
«Эта публикация — кульминация научной программы HERA и останется наиболее точной картиной протона надолго, — говорит Йоахим Мних, директор по исследованиям DESY. — Это важно не только для понимания самых фундаментальных свойств материи, но и для многих экспериментов на протонных коллайдерах, подобных БАКу в ЦЕРНе».
Ускоритель HERA был разработан специально для того, чтобы заглянуть вглубь протона, используя электроны в качестве зондов. 6,3-километровое сверхпроводящее кольцо разгоняет протоны до околосветовых скоростей, они сталкиваются с электронами и позитронами, разогнанными в противоположном направлении до столь же высоких скоростей в нижнем кольце.

[Король Альтов]

Детектор H1 зафиксировал около миллиона столкновений частиц в период с 1992 года по 2007 год Фото: desy.de

Электроны и позитроны проникают внутрь протона, где электромагнитным или слабым образом взаимодействуют с его составляющими. Эти реакции измерялись двумя главными детекторами коллабораций H1 и ZEUS. Два эксперимента были посвящены процессам лептон-протонного рассеяния, и их результаты позволили лучше понять внутреннюю структуру протонов, описываемую квантовой хромодинамикой (КХД). В отличие от хорошо разработанной квантовой электродинамики, описывающей электромагнитные взаимодействия (например, таких частиц, как фотоны и электроны), КХД является пока полуэмпирической теорией.
Протоны есть в каждом ядре атома и состоят из трех кварков — двух верхних и одного нижнего, сильное взаимодействие между которыми осуществляется посредством глюонов. Как показали исследования HERA, реальная структура протона сложнее, поскольку внутри частицы могут рождаться и уничтожаться виртуальные глюоны, а также пары кварк-антикварк. Основной научный результат, достигнутый на ускорителе HERA, именно в этом.

Глубоконеупругое (глубоко виртуальное комптоновское) рассеяние лептона на протоне Изображение: sps.ch

При низких скоростях протон ведет себя как частица, состоящая из трех кварков. По мере увеличения скорости протона внутри него рождаются виртуальные частицы: из увеличивающегося количества глюонов возникают виртуальные пары кварк-антикварк. То есть структура протона зависит от его скорости (или скорости наблюдателя).
Результаты работы коллаборации в целом подтвердили теоретические выводы КХД, согласно которым при увеличении энергии столкновения частиц внутри протона повышается вероятность рождения виртуальных частиц, так что его структура становится сложнее — частица буквально «закипает». Данные HERA подтверждают теорию, предполагающую объединение при высоких энергиях электромагнитных и слабых сил в единое электрослабое взаимодействие.

[Король Альтов]

Данные HERA показывают объединение электромагнитного (отмечено красным цветом) и слабого (отмечено синим цветом) взаимодействий в единое при высоких энергиях Изображение: desy.de

труктура протонов на малых расстояниях порядка 10^-15 метров, сравнимых с эффективным диаметром протона (и радиусом действия сильных взаимодействий), хорошо описывается партонной (от английского part — часть) моделью. Ее предложил в 1969 году американский физик-теоретик Ричард Фейнман. Он считал, что высокоэнергетичные протоны состоят из сгустков материи, ведущих себя как отдельные частицы. Эта модель успешно описывала данные по рассеянию лептонов на протонах. Позднее выяснилось, что партоны — не что иное, как кварки и глюоны. Существование первых было теоретически предсказано в 1964 году Марри Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом.
Внутри протона кварки находятся в практически свободном состоянии (явление, называемое асимптотической свободой). Однако в несвязанном (вне какой-либо частицы) состоянии кварк находиться не может — это обусловлено тем, что сила их взаимодействия (ядерная, или, иначе, сильная сила) увеличивается с ростом расстояния между кварками. Последние не могут покинуть протон или любой другой адрон (так называют частицы, участвующие в сильном взаимодействии) — это явление получило название конфайнмента (иначе — невылетания) кварков. Его математически строгой теории до сих пор не существует, а ее создание сводится к решению одной из Задач тысячелетия, сформулированных институтом Клэя.
При малых энергиях электромагнитное взаимодействие сильнее, чем слабое, но физикам из HERA удалось определить тип наблюдаемых ими взаимодействий благодаря частицам, которые в нем участвуют: электромагнитное взаимодействие осуществляется посредством безмассового нейтрального фотона, а слабое — массивных заряженных W^± и нейтрального Z⁰ бозонов (уже — при высоких энергиях).
«Благодаря совмещению двух экспериментов мы достигли максимально возможной точности, — отметил Стефан Шмитт из коллаборации H1. — Объединенный набор данных не только повышает качество статистики, но и способствует пониманию каждого отдельного измерения и взаимной калибровки, поскольку два эксперимента используют различные детекторы и экспериментальные методы в своих измерениях».

[Король Альтов]

Структура протона Изображение: desy.de

Протон состоит не только из трех кварков (отмеченных зеленым цветом), удерживаемых вместе при помощи глюонов (отмеченных пружинами), но и множества глюонов и виртуальных пар кварк-антикварк (последние отмечены оранжевым цветом), взаимодействующих друг с другом.
В коллаборации HERA провели большую работу, объединив данные многолетних измерений. Уже в 2009 году ученые из H1 и ZEUS опубликовали совместную работу о структуре протона, опираясь только на данные до 2000 года. Их статья процитирована более 600 раз, что делает ее одной из самых популярных в своей области. Новая публикация основана на анализе более чем в четыре раза большего количества столкновений частиц и содержит данные по разным областям энергий.
За работы по исследованию структуры протона с помощью глубоконеупругого рассеяния лептонов на ядрах водорода британский Институт физики вручил Аманде Купер-Саркар медаль Чедвика за 2015 год. Эта награда присуждается раз в два года за выдающиеся исследования в области физики элементарных частиц.
Купер-Саркар много лет работала над оптимизацией методов интерпретации экспериментальных данных HERA, а также над квантовой хромодинамикой. Она один из основных разработчиков соответствующего программного обеспечения, при помощи которого коллаборации H1 и ZEUS проанализировали свои данные.
Во многом именно благодаря ей коллаборации H1 и ZEUS объединили свои результаты и представили справочные данные, по которым на десятилетия вперед будет определяться структура протона. В настоящее время Купер-Саркар участвует в коллаборации ATLAS на БАКе, где ее опыт и знания, приобретенные на HERA, очень пригодились.
Однако эксперименты HERA не ответили на все вопросы в области Стандартной модели низких энергий. «Наши измерения не могут достаточно полно описываться квантовой хромодинамикой при взаимодействиях на низких энергиях между электроном и протоном, — подчеркнула Мэтью Винг из коллаборации ZEUS. — На это, безусловно, обратят внимание теоретики и феноменологи в будущем».

[Король Альтов]

https://www.youtube.com/watch?v=rMhDbsJ0kZw


https://www.youtube.com/watch?v=tiTiCnwQlys


https://www.youtube.com/watch?v=qZgGyAL4jUU


https://www.youtube.com/watch?v=9e1KdOCFnyI