重力は陽子の強力な力を示すのに役立ちます

重力の力は私たちの目に見える宇宙全体に大きく影響しています。 それは、衛星が惑星の周りを回るときのロックステップで見ることができます。 巨大な星によってコースを外れてさまよう彗星の中で。 そして巨大な銀河の渦の中に。 これらの素晴らしい展示は、物質の最大スケールにおける重力の影響を示しています。 現在、核物理学者は、物質の最小スケールでも重力が多くのことをもたらすことを発見しつつあります。

米国エネルギー省のトーマス・ジェファーソン国立加速器施設の核物理学者らによって行われた新しい研究では、重力の理論を物質の最小粒子間の相互作用に結び付ける方法を使用して、この小さなスケールでの新しい詳細を明らかにしています。 今回の研究により、陽子内部の強い力の分布のスナップショットが初めて明らかになった。 このスナップショットは、陽子を構成するクォーク粒子に力が及ぼす可能性のあるせん断応力を詳しく示しています。 この結果は最近『Reviews of Modern』誌に掲載されました。

物理。

この研究の筆頭著者であるジェファーソン研究所主席研究員のフォルカー・バーケルト氏によると、この測定により、陽子の構成要素が経験する環境についての洞察が明らかになったという。 陽子は、強い力によって結合した 3 つのクォークで構成されています。

「ピーク時には、これは陽子からクォークを引き抜くためにクォークに加えなければならない4トン以上の力になります」とバーカート氏は説明した。 「もちろん、クォークには『色』と呼ばれる性質があるため、自然界ではクォークを 1 つだけ陽子から分離することはできません。 陽子にはクォークを混ぜ合わせて 3 つの色があり、陽子が宇宙に存在するための要件である、外からは無色に見えます。

陽子から有色のクォークを引き抜こうとすると、クォークを分離しようとするために投入したエネルギーを使って、無色のクォークと反クォークのペアである中間子が生成され、無色の陽子（または中性子）が残ります。 つまり、4トンは陽子に内在する力の強さを表しているのです。」

結果は、測定される陽子の機械的特性の 2 番目にすぎません。 陽子の機械的特性には、内圧、質量分布 (物理的サイズ)、角運動量、せん断応力が含まれます。 この結果は、半世紀前の予測と 20 年前のデータによって可能になりました。

1960 年代半ばには、核物理学者が重力が陽子のような亜原子粒子とどのように相互作用するかを観察できれば、そのような実験によって陽子の機械的特性が直接明らかになる可能性があると理論化されました。

「しかし、当時は方法がありませんでした。たとえば、重力と電磁力を比較すると、大きさが39桁も違います。つまり、まったく絶望的ですよね？」 ジェファーソン研究所のスタッフ科学者であり、研究の共著者でもあるラティファ・エルアドリリ氏はこう説明する。

この数十年前のデータは、エネルギー省科学局のユーザー施設であるジェファーソン研究所の連続電子ビーム加速器施設 (CEBAF) で実施された実験から得られたものです。 典型的な CEBAF 実験では、エネルギーのパケットと仮想光子と呼ばれる角運動量の単位を粒子と交換することにより、高エネルギーの電子が別の粒子と相互作用することが必要になります。 電子のエネルギーは、どの粒子とこのように相互作用するか、またどのように反応するかを決定します。