Внутри нейтронов обнаружили периодические колебания неизвестной природы

Ученые, работающие с китайским ускорителем частиц BEC-II, обнаружили свидетельства того, что внутри нейтронов существуют периодические колебания неизвестной природы. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature Physics.

"Наши замеры показали, что электромагнитная структура нейтрона меняется периодическим образом. Нечто похожее ранее было зафиксировано и для протонов. Последующие эксперименты и теоретические расчеты помогут нам понять, как возникают эти колебания и какую роль они играют в структуре нуклонов", – пишут исследователи.

Почти все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками и глюонами. В протонах, нейтронах и других "тяжелых" частицах-барионах кварка три. Их меньшие "собратья" – мезоны – состоят из двух подобных компонентов, один из которых является антикварком, базовой составляющей антиматерии.

Ученые давно пытаются понять, как распределены кварки внутри протонов, нейтронов и прочих частиц, а также изучить, как они взаимодействуют друг с другом и с "морем" виртуальных кварков, непрерывно возникающих и исчезающих в любой точке пространства. Все эти взаимодействия, как предполагают ученые, влияют на структуру частиц, их размеры, массу и другие свойства, результаты замеров которых иногда не совпадают с теоретическими предсказаниями.

Физики под руководством профессора Института физики высоких энергий (Китай) Юаня Чанчжэна открыли необычное свойство нейтронов в ходе исследования их структуры на ускорителе частиц BEC-II. Ученые сталкивали пучки электронов и позитронов и наблюдали за формированием пар нейтронов и антинейтронов, периодических возникающих в результате взаимодействия частиц материи и антиматерии. Скорость, энергия и направление движения порожденных ими нейтронов и антинейтронов зависят от их внутреннего устройства, чем воспользовались физики для сверхточных замеров распределения кварков внутри этих частиц.

Как отмечают исследователи, они вели наблюдения за столкновениями электронов и позитронов на протяжении нескольких лет, что позволило им повысить точность замеров структуры нейтронов примерно в 60 раз по сравнению с прошлыми экспериментами. Улучшение качества данных раскрыло любопытный феномен, с которым физики уже сталкивались несколько лет назад при изучении структуры протонов.

Дело в том, что еще в 2013 году ученые, работающие с установкой BaBar, открыли свидетельства того, что внутри протонов существуют некие колебания, влияющие на характер распределения заряда внутри него. Точная природа этого феномена до сих пор остается загадкой для физиков, так как существование этих колебаний не предсказывается ни одной теорией, описывающей взаимодействия кварков.

Нечто похожее, как выяснили Юань Чанчжэн и его коллеги, происходит и внутри нейтронов, причем колебания внутри них оказались противоположными по фазе по сравнению с их аналогом внутри протонов.  Как надеются ученые, последующие опыты на BES-II и других ускорителях частиц помогут раскрыть природу этих колебаний и понять, какую роль они могут играть в поведении нейтронов и протонов.