Tədqiqatçılar atomaltı dünyanın arxitekturasını anlamaq üçün onilliklər ərzində çalışırlar. Ən düyünlü suallardan biri protonun öz daxili bucaq impulsunu haradan əldə etməsidir, əks halda onun spini deyilir.

Nüvə fizikləri ehtimal edirlər ki, protonun spini çox güman ki, onun tərkib hissələrindən qaynaqlanır: güclü qüvvə daşıyan qluonlarla birləşən kvarklar. Lakin kvark və gluon qatqılarının təfərrüatları anlaşılmaz olaraq qalır.

İndi, fiziklərin beynəlxalq əməkdaşlığının yeni araşdırması, protonun spininin nə qədər onun qluonlarından gəldiyinə dair inandırıcı arqument təqdim etmək üçün qəfəs kvant xromodinamikasından (QCD) istifadə edərək müşahidə nəticələri və təhlillərdən dəlillər toplayır.

Jefferson Lab Angular Momentum (JAM) əməkdaşlığının üzvlərinin müəllifi olduğu Physical Review Letters jurnalında “Protonda qluon qütbləşməsinin əlaməti üzrə yeni verilənlərə əsaslanan məhdudiyyətlər” adlı araşdırmanın nəticələrini əks etdirən yeni məqalə dərc olunub . Əməkdaşlığa QCD vasitəsilə atomaltı hissəciklərin daxili quruluşunu tədqiq edən nəzəriyyəçilər, eksperimentalistlər və kompüter alimləri daxildir. QCD, kvarkların və qluonların güclü qüvvə vasitəsilə qarşılıqlı əlaqəsini təsvir edən bir nəzəriyyədir.

JAM əməkdaşlığının Spin PDF Analiz Qrupunun üzvləri olan müəlliflər ABŞ Enerji Departamentinin Tomas Cefferson Milli Sürətləndirici Mexanizmindən Wally Melnitchouk və Nobuo Satodur; Nicholas Hunt-Smith, Anthony Thomas və Martin White, Materiyanın Subatomik Strukturu Mərkəzinin (CSSM) və Adelaide Universitetinin Fizika Departamentində ARC Mükəmməllik Mərkəzinin Qara Maddə Hissəcikləri Fizikası, Avstraliya; və William & Mary Fizika Departamentindən Christopher Cocuzza.

Tomas qeyd edib ki, Cefferson Laboratoriyasının Adelaida Universiteti ilə səmərəli əlaqəsi onilliklərə gedib çıxır, fiziklər 14,5 saatlıq vaxt fərqinə baxmayaraq birlikdə işləyirlər.

“Uolli illər əvvəl Natan İsqur baş alim olanda Adelaide və Jefferson Laboratoriyası arasında ortaq bir vəzifədə idi” dedi Tomas. “Və mən 2004-cü ildən 2009-cu ilə kimi altı il Jefferson Laboratoriyasında baş alim kimi olmuşam. Fizika sahəsində əməkdaşlıq davam edir.”

Qrupun son işi proton spininin mənşəyini anlamaqda irəliləyiş əldə etmək üçün əvvəlcə həll edilməli olan düyünlü bir suala müraciət edir: ∆g işarəsi nədir? Başqa sözlə, qluonların spini mənfidir, yoxsa müsbət?

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1739426270&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-homing-nixes-negative-gluon.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTk3Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciXV0sMF0.&dt=1739426270781&bpp=1&bdt=67&idt=114&shv=r20250210&mjsv=m202502100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739426229%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739426229%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739426229%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=4166191222996&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2244&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31090259%2C31090267%2C31090303%2C95350549%2C95352068%2C31090339%2C95347432&oid=2&pvsid=4292326701262834&tmod=362696656&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=119

Protonun daxili spini

Fiziklər protonun və ya hər hansı bir hissəciyin spinini müzakirə edərkən onun daxili bucaq impulsunu nəzərdə tuturlar . Fiziklərin atomaltı spin anlayışı kvant mexaniki ideyası olduğundan, bizim görünən dünyamızdan izahlar ancaq bu qədər uzağa gedir; o, hətta istirahətdə olarkən də bu bucaq impulsunu daşıyır. Spin mənfi və ya müsbət ola bilər – saat yönünün əksinə və saat yönünün əksinə düşünün.

Sato izah etdi: “Spin kvant dünyasının özünəməxsus xüsusiyyətidir və protonun spini yarımdır. Bu, .51 deyil, .501 deyil. Bu, .50001 deyil. Bu, .5. Və bu rəqəm protonun daxilindəki komponentlərdən ibarətdir və hər birinin öz spini var.”

Melnitçuk, protonun spininin dəyərinin 1920-ci illərdən bəri məlum olduğunu söylədi. O, əlavə etdi ki, protonun spininin protonları təşkil edən komponentlərin məcmu spinlərindən gəlməsi məntiqlidir.

“Bizim bilmədiyimiz budur: Protonun spininin hansı hissəsi protondakı üç valentlik kvark tərəfindən aparılır? Hansı hissəsi qlüonlar tərəfindən daşınır?” dedi. “Protondakı kvarkların və qluonların fırlanması, orbital bucaq momentumunun hansı hissəsi ola bilər?”

∆g işarəsinin aşağı salınması protonun öz fırlanmasını necə əldə etdiyini anlamaq üçün həyati əhəmiyyət kəsb edir və illərlə aparılan müşahidə işləri, eləcə də nəzəriyyə qəti bir cavab vermədi.

Əksər fiziklər müsbət ∆g-nin daha çox ehtimal olunduğunu düşünürdülər, lakin “bu mənfi ∆g həlləri həmişə bir yerdə qalıb” dedi Hunt-Smith. “Sadəcə sırf fizika nöqteyi-nəzərindən mənfi ∆g ola bilməməyimiz üçün heç bir səbəb yoxdur.”

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .Abunə ol

Dünyada ilk məlumatlarla yeni analiz

JAM əməkdaşları öz tapıntılarını əvvəlki analitik işlərdən, eləcə də Jefferson Laboratoriyasının Davamlı Elektron Şüa Sürətləndirici Mexanizmində (CEBAF) və Brookhab National Laboratories-dəki Nisbi Ağır İon Toqquşdurucusunda (RHIC) proqramlar da daxil olmaqla bir sıra təcrübələrdən əldə edilən köhnə və daha yeni müşahidə məlumatlarını yaratdılar. Bu hissəcik sürətləndiricilərinin hər ikisi DOE Office of Science istifadəçi obyektləridir və bütün dünyadan olan nüvə fizikləri tərəfindən tədqiqatlarını aparmaq üçün istifadə olunur.

“Bizim təhlilimiz digər qruplardan fərqli idi, ona görə ki, biz həqiqətən də hadisələrin necə davranacağına dair nəzəri fərziyyələri mümkün qədər aradan qaldırmağa çalışdıq” dedi Melnitchouk.

Belə bir fərziyyə ondan ibarət idi ki, qütbləşməmiş parton paylamalarının ehtimal xarakterli şərhi olmalıdır. Melniçuk etiraf etdi ki, partonlar (protonun içindəki qluonlar, kvarklar və digər tərkib hissəciklər üçün ümumi termin) ilə bağlı bu fərziyyə “texniki”dir.

“Ancaq bu, dünyanın digər qrupları tərəfindən əvvəlki təhlillərdə güman edilən bir şeydir” dedi. “Və biz indi inanırıq ki, bu, əslində fundamental bir şey deyil.”

Melnitçuk dedi ki, əvvəlcə RHIC-dən müşahidə məlumatları müsbət ∆g istiqamətində aparan qlobal konsensus yaratdı.

“Ancaq sonrakı təhlillər hər şeyi daha az aydınlaşdırdı” dedi, “çünki parametr sahəsinin həm müsbət, həm də mənfi gluon spininə imkan verən bir küncü var idi.”

O, JAM əməkdaşlarının bir neçə il əvvəl mənfi ∆g-nin hələ də mümkün bir imkan olduğuna işarə edən bir məqalə dərc etdiyini söylədi. Bu kağız mübahisəli idi, çünki o dövrdə qlobal nüvə fizikası cəmiyyətinin müsbət qluon spini istiqamətində çox əyilmiş ümumi müdrikliyini pozdu.

Bu vaxt HadStruc əməkdaşlığı eyni sualı fərqli şəkildə həll edirdi. Onlar protondakı kvarklar və qluonlar arasında qarşılıqlı əlaqəni təsvir edən əsas QCD nəzəriyyəsini hesablamaq üçün superkompüterlərdən və qəfəs QCD formulasından istifadə edirdilər.

Hunt-Smith izah etdi: “Siz əsasən məkan-zamanı diskretləşdirirsiniz”. “Siz kosmos-zamanı bir sıra dilimlərə ayırdınız və bu, bir çox fiziki xüsusiyyətləri hesablamağa imkan verir.”

Sonrakı birgə JAM və HadStruc əməkdaşlıq təhlili, Nəzəriyyə Mərkəzindəki Nathan İsgur Təqaüdçüsü Joe Karpie-nin rəhbərlik etdiyi yeni qəfəs QCD nəticələrini eksperimental məlumatlarla birləşdirərək, bunun otağı daraltsa da, yenə də mənfi Δg qəbul etdiyini qeyd etdi.

Hunt-Smith, “Müsbət həllə bir az üstünlük verildi, lakin hələ də statistik əhəmiyyətli deyil” dedi. “Burada bizim yeni araşdırmamız işə düşür.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=809300024&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1739426930&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-homing-nixes-negative-gluon.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTk3Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xOTciXV0sMF0.&dt=1739426270782&bpp=1&bdt=68&idt=195&shv=r20250210&mjsv=m202502100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739426229%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739426229%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1739426229%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x188%2C1005x124&nras=2&correlator=4166191222996&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=4980&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=1227&eid=31090259%2C31090267%2C31090303%2C95350549%2C95352068%2C31090339%2C95347432&oid=2&psts=AOrYGslCsZYOjZ1aCSyQp2qUySx5xpeY9CpLGG4nvvLjfwoNux-XPAWq6L12eaDrwpP107Yo57Arrst7RrBdohkFmbUnulx1%2CAOrYGsldF2h9IwFd_4zPhFrflwkJQ6tmuuXSfVJEgBjbtwXcpJxVg7N7tZUKIPlrBPlKGpUGwT27ypfimjjrFUaGeFSZupVoKvW4kU3hV3WJMaUk8iWffA&pvsid=4292326701262834&tmod=362696656&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

Enerjili hissəciklər analiz üçün yeni məlumatlar əlavə edir

O, əməkdaşların Jefferson Laboratoriyasında CEBAF-dan istifadə edənlər də daxil olmaqla, dərin qeyri-elastik səpilmə təcrübələrindən əldə edilən məlumatları necə daxil etdiyini izah etməyə davam etdi.

“Siz elektron götürüb protona atəş edirsiniz və ideya ondan ibarətdir ki, siz protonun içərisində olanları – onun daxilində olan müxtəlif kvarkları və qluonları araşdıra bilirsiniz və bu yolla protonun strukturunu daha çox başa düşə bilərsiniz” dedi.

Hunt-Smith, JAM qrupunun xüsusilə dərin qeyri-elastik səpilmə təcrübələrindən əldə edilən yüksək x məlumatlarına, nəticələrin xüsusilə əhəmiyyətli hissələrinə diqqət yetirdiyini söylədi. Bu məlumatlar elektronun protonun tərkib hissələri ilə toqquşması nəticəsində yaranan xüsusilə yüksək impulsla (və ya çox yüksək enerji ilə) aşkar edilmiş hissəciklərə aiddir. O qeyd etdi ki, yüksək x məlumatlarının birləşdirilməsi bəzi əlavə nəzəri mülahizələr tələb edir.

“Beləliklə, biz bu nəzəriyyəni əlavə etdik” dedi. “Biz bu əlavə yüksək x məlumatını nəzərə almaq üçün təhlilə daha çox parametrlər əlavə etdik və sonra təhlili yenidən həyata keçirdik. Və biz yüksək x məlumatlarının daxil edilməsi ilə müsbət və mənfi ∆g replikaları arasında statistik əhəmiyyətli fərq olduğunu gördük, əsas tapıntı isə mənfi olanların ciddi şəkildə bəyənilməməsidir.”

Hunt-Smith əlavə etdi ki, JAM təhlili göstərdi ki, ∆g yalnız dərin qeyri-elastik səpilmənin yüksək x məlumatları ilə deyil, həm də RHIC-də müxtəlif proton-toqquşma tədqiqatlarının qütbləşmiş reaktiv eksperimentlərinin nəticələri, eləcə də son HadStruc şəbəkə QCD məlumatları ilə məhdudlaşır.

Nəticələr tamamilə qəti deyil, lakin təhlil mənfi ∆g qluonun ehtimalını həmişəkindən daha az edir.

“Düşünmürəm ki, başqa heç kim bu Jefferson Laboratoriyasının məlumatlarını heç bir analizə daxil etməyib. Düşünürəm ki, bu, bu analizin çox vacib xüsusiyyətidir”, – Tomas deyib. “Bu, heç kimin əldə edə bilmədiyi çox əhatəli regionlar toplusudur və ilk dəfədir ki, hərtərəfli qlobal təhlilə daxil edilir.”

Sato dedi ki, JAM kağızı mənfi ∆g ehtimalını azaltsa da, bu ehtimalın qapısını tamamilə bağlamır. O əlavə etdi ki, Jefferson Laboratoriyasının davam edən CEBAF 12 GeV tədqiqat proqramı və ya gələcək Elektron-İon Kollayderi kimi alətlərdən əldə edilən əlavə müşahidə məlumatları çox güman ki, qalan nəzəri fərziyyələri əvəz edə bilər. Jefferson Lab Brookhaven-də Elektron-İon Kollayderinin layihələndirilməsi və qurulmasında Brookhaven Milli Laboratoriyası ilə tərəfdaşdır.

O zaman qapının 100% bağlı olması mümkündür”, – deyə o bildirib. “Ancaq indi biz bu boşluğu bağlayırıq.”

Daha çox məlumat: NT Hunt-Smith və digərləri, Protonda Qluon Qütbləşmə İşarəsi üzrə Yeni Məlumata əsaslanan Məhdudiyyətlər, Fiziki İcmal Məktubları (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.161901

Jurnal məlumatı: Fiziki baxış məktubları 

Thomas Jefferson National Accelerator Facility tərəfindən təmin edilmişdir