Учёные обнаружили неожиданное поведение возбуждённых состояний протона

Модель детектора CLAS12 с выделением переднего детектора для регистрации рассеянного электрона и центрального детектора вокруг мишени. Пучок падает слева. Детектор CLAS12 простирается на 13 м вдоль линии пучка. Автор: Physical Review C (2025). DOI: 10.1103/qy4p-dyjt

Новые данные эксперимента на установке CLAS12 в Национальной ускорительной лаборатории Томаса Джефферсона (США) изменили представления о структуре протона. Исследование показало, что возбуждённые состояния протона остаются значимыми даже при высоких передачах импульса, что противоречит предыдущим ожиданиям.

Протон, состоящий из кварков и глюонов, является фундаментальным строительным блоком видимой материи во Вселенной. При низких энергиях взаимодействия протон может переходить в возбуждённые состояния (резонансы), изучение которых помогает понять его внутреннюю структуру и природу сильного взаимодействия.

Эксперимент с детектором CLAS12, частью модернизированного ускорительного комплекса CEBAF, впервые позволил изучить эти состояния в широком диапазоне передач импульса. Пучок электронов направлялся на водородную мишень, а виртуальные фотоны, излучаемые электронами, служили зондами для исследования внутренней структуры протона.

«Новые экспериментальные результаты прольют свет не только на протон, но и на сильное взаимодействие, лежащее в основе генерации протонов из кварков и глюонов — это фундаментальная цель ядерной физики», — заявил сотрудник лаборатории Дэниел Карман.

Анализ данных, проведённый Валерием Клименко в рамках докторской диссертации, показал, что сигнатуры резонансов чётко видны даже при очень высоких передачах импульса. Это открытие предоставляет новые возможности для проверки предсказаний Квантовой хромодинамики — теории сильного взаимодействия.

Детектор CLAS12. Автор: Jefferson Lab

Исследование опубликовано в журнале Physical Review C и может привести к новым открытиям в понимании того, как из кварков и глюонов строится материя Вселенной.