Ученые НИИЯФ МГУ и Физического факультета МГУ в составе международной коллаборации CLAS (к.ф.м.н. Е.Л. Исупов, к.ф.м.н. Е.В. Широков, к.ф.м.н. А.А. Голубенко) приблизились к решению вопроса, который более полувека оставался актуальной проблемой фундаментальной физики. Речь идет о механизмах формирования массы и структуры основного и возбужденных состояний нуклона. Результаты исследований опубликованы в обзорной статье журналa Particles.
Протоны и нейтроны (нуклоны) в составе атомных ядер формируют доминирующую часть наблюдаемой массы во Вселенной. В свою очередь, нуклоны являются связанными системами из трех легких кварков u и d с затравочными массами 2 МэВ и 4 МэВ. Механизм Хиггса, открытый в ЦЕРН, обеспечивает формирование затравочной массы кварков. Сумма затравочных масс трех кварков в нуклонax ~10 МэВ и составляет менее 2% от их измеренных масс. Каким образом возникает ~98 % измеренных масс протонов, нейтронов и, соответственно, атомных ядер?
Решением этой задачи физики занимаются в течение 60 лет. Но объединенная группа исследователей МГУ имени М.В. Ломоносова находится в шаге от ответа. Ученые выполнили эксперименты по изучению структуры возбужденных состояний нуклона из данных реакций электророждения мезонов на протонах. Это позволило впервые получить доступ к динамике процессов формирования ~98 % массы нуклонов и их возбужденных состояний.
«В данном проекте ученые, аспиранты и студенты МГУ имеют хорошие перспективы внести свой вклад в решение одной из наиболее значимых проблем современной физики адронов о механизмах формирования массы и структуры основного и возбужденных состояний нуклона», – считает главный научный сотрудник ОЭПВАЯ НИИЯФ МГУ В.И. Шведунова.
Ученые показали, что доминирующая часть массы основного и возбужденных состояний нуклона формируется сильными взаимодействиями при переходе от расстояний ~10^-15 см, где сильные взаимодействия сравнимы с электромагнитными, к расстояниям ~10^-13 см, сравнимые с размерами нуклонов, где сильные взаимодействия становятся истинно сильными. Они превышают вклады электромагнитных процессов более, чем в 100 раз. При этом переходе возникают одетые кварки за счет взаимодействия с частицами-квантами сильных взаимодействий – глюонами. Кварки, одетые облаком глюнов, обладают динамической, зависящей от импульса кварка массой, предсказанной в теории сильных взаимодействий и показанной на Рис. 2.
Массовая функция одетого кварка показывает, как кварки с почти затравочными величинами масс при импульсах более 2.0 ГэВ переходят в массивные конституэнтные кварки с массами ~400 МэВ при импульсах кварков менее 0.5 ГэВ. Измеренная масса нуклона является массой связанного состояния трех одетых кварков с бегущими массами. Таким образом, доступ к массовой функции одетых кварков из экспериментальных данных позволяет изучить механизмы формирования доминирующей части массы нуклонов и их возбужденных состояний.
Структура различных резонансов из данных экспериментов на детекторе CLAS была хорошо воспроизведена с одинаковой зависимостью массы одетого кварка от импульса (рис.2). Тем самым, впервые показана возможность доступа к механизмам формирования доминирующей части видимой массы во Вселенной из данных экспериментов по изучению структуры N* на детекторе CLAS. Выполняемые в настоящее время эксперименты на новом детекторе CLAS12 (рис. 1), вступившим в строй после увеличения энергии непрерывного пучка электронов до 11 ГэВ, и планируемые эксперименты после увеличения энергии электронов в Jefferson Lab до 22 ГэВ открывают единственную в мире возможность исследовать всю область расстояний или импульсов одетого кварка, где формируется доминирующая часть видимой массы во Вселенной.
Пресс-служба МГУ
Нет комментариев