Перейти на стартовую страницу
2016-01-09 21:49:00 /РИА "Сибирь" /Новосибирск
Эксперимент в Институте ядерной физики СО РАН заполнил пробел в понимании структуры протона
*                 В тайны микромира







Более десяти лет одной из острых проблем в физике элементарных частиц было расхождение между результатами двух разных методов измерения формфакторов протона – величин, характеризующих его внутреннюю структуру.

Для разрешения этого противоречия в Институте ядерной физики СО РАН проведено первое прецизионное сравнение процессов рассеяния электронов и их античастиц, позитронов, на протонах. Эксперимент новосибирских физиков свидетельствует о том, что причиной разногласия является предсказанный ранее эффект двухфотонного обмена.

Распределения электрического заряда и магнитного момента внутри протона характеризуются его электрическим и магнитным формфакторами. Для их изучения физики "обстреливают" протон электронами высокой энергии и измеряют параметры рассеянных частиц. При этом можно использовать как обычные, так и подготовленные специальным образом – поляризованные – пучки электронов.

Эксперименты первого типа были удостоены в 1961 году Нобелевской премии по физике, а сейчас их описание можно найти на страницах университетских учебников. Измерения же с поляризованными электронами были осуществлены только в XXI веке и принесли неожиданные результаты, противоречащие классическим данным по формфакторам протона.

Эта проблема, поставившая под сомнение наши знания о структуре протона, привлекла пристальное внимание физиков всего мира. Для её разрешения требовались новые данные, которые и были получены в измерении, проведенном в новосибирском институте ядерной физики.

"Было высказано предположение, - поясняет участник эксперимента, младший научный сотрудник Александр Грамолин, - что противоречие можно объяснить, если в измерениях с неполяризованными пучками учесть так называемый «двухфотонный обмен», вкладом которого прежде пренебрегали. При двухфотонном обмене налетающий электрон и протон мишени взаимодействуют путем обмена не одним, а сразу двумя виртуальными фотонами (переносчиками электромагнитного взаимодействия). Этот тонкий эффект зависит от знака электрического заряда рассеиваемой частицы и приводит к небольшому различию в том, как с протонами взаимодействуют электроны и их античастицы, позитроны. Мы выполнили самое точное на сегодня сравнение этих двух процессов и впервые наблюдали эффект двухфотонного обмена".

Ученый рассказал, что эксперимент был проведен на накопительном кольце встречных электрон-позитронных пучков (ВЭПП-3) с использованием уникальной методики внутренних мишеней, предложенной и развитой в Институте ядерной физики СО РАН. Полученные данные согласуются с несколькими теоретическими моделями двухфотонного обмена, которые, в свою очередь, объясняют обсуждаемое противоречие.

Таким образом, было установлено, что новый метод измерения формфакторов протона дает правильные результаты, а прежние данные нуждаются в корректировке.

Исследование, в котором участвовали 15 новосибирских физиков, двое сотрудников Томского политехнического университета и трое зарубежных ученых, было выполнено в условиях конкуренции с двумя другими группами ученых. В итоге сибиряки представили свои результаты одновременно с коллегами из национальной лаборатории Джефферсона в США. Коллективы использовали разные методики, но их данные согласуются между собой. Свои статьи российские и американские авторы опубликовали в одном и том же номере журнала Physical Review Letters. Третья группа исследователей, проводившая аналогичное измерение в ускорительном центре DESY в Германии, еще не завершила анализ полученных ими данных, сообщили в пресс-службе ИЯФ СО РАН.