Фундаментальная загадка современной физики — природа массы наблюдаемого вещества во Вселенной. Почти вся она сосредоточена в нуклонах, но расчет их массы до сих пор не поддается ученым.
Необъяснимым остается тот факт, что масса кварков внутри них составляет лишь 1%, а остальные 99% — это энергия их взаимодействий. По современным представлениям, последние должны описываться квантовой теорией поля, однако с ее помощью ученым не удается этого сделать уже больше 60 лет. Иными словами, общепринятого объяснения для происхождения почти 99% массы наблюдаемого вещества во Вселенной сегодня в физической науке нет.
Исследователи Санкт‑Петербургского университета предложили новый подход к решению проблемы, стоящий на стыке двух разных направлений — физики твердого тела и физики элементарных частиц. По словам ученых, электроны, движущиеся в ионных кристаллах, интенсивно взаимодействуют с ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки, в итоге их эффективная масса увеличивается во много раз. Такой утяжеленный электрон, одетый «облаком» взаимодействий, называется поляроном.
Ключевое открытие заключается в успешном переносе принципов: когда в хорошо известные уравнения полярона вводятся параметры из мира кварков, масса нейтрона, которая почти равна массе протона, вычисляется с высокой точностью.
«То есть процесс утяжеления кварка внутри протона или нейтрона, по‑видимому, может быть похож на аналогичный процесс для электрона в ионном кристалле. Таким образом, хорошо разработанную теорию поляронов можно применять для описания некоторых важных аспектов того, что происходит в квантовой хромодинамике», — пояснили физики.
О прорывном исследовании сообщили на международной конференции «ЯДРО-2025» в СПбГУ. Результаты опубликованы в The European Physical Journal C.
Ранее Наука Mail писала, что физики впервые в реальном времени наблюдали изменение спина атомного ядра.
