Протоны и нейтроны состоят из кварков, фундаментальных строительных блоков природы, но их собственный вес значительно больше масс отдельных кварков. В теории сильного взаимодействия, квантовой хромодинамике, кварки приобретают свою голую массу благодаря механизму Хиггса. Этот процесс был подтвержден экспериментами на Большом адронном коллайдере в Швейцарии, за что Питеру Хиггсу присудили Нобелевскую премию в 2013 году.
Кварки и глюоны образуют динамичную среду, в которой частицы постоянно возникают и исчезают. Благодаря глюонным полям кварки приобретают дополнительный вес — от нескольких миллионов электронвольт до примерно четырехсот миллионов. Из трех таких «утяжеленных» кварков и складывается протон с массой около одного гигаэлектронвольта — так проявляется эмерджентная масса адронов.
За последние годы физики существенно продвинулись в объяснении этих процессов. Один из методов позволил проследить, как меняется сила взаимодействия на разных расстояниях, а тридцатилетний массив экспериментальных данных дал возможность напрямую сравнить теорию с наблюдениями.
Здесь важную роль играет ускорительный комплекс CEBAF и детектор CLAS12 — огромная установка, регистрирующая частицы, возникающие при рассеянии электронов на протонах. Эти измерения раскрыли структуру возбужденных состояний протона, чтобы проследить, как ведут себя утяжеленные кварки при разных энергиях. Сопоставление данных и расчетов показало, что именно динамически возникающая масса определяет свойства адронов и их внутреннюю архитектуру.
Сейчас эксперименты охватывают область, где формируется около половины массы протона. Ускорители более высокой энергии позволят увидеть весь диапазон расстояний, на которых рождается основная часть видимой материи во Вселенной.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что физики открыли квантовое состояние бесконтрольного движения электронов.
