Какова масса протона?
Свои знания нужно всегда пополнять и обновлять, вот например, что касается массы протона, что является темой сегодняшней статьи, то чаще всего я ориентировался на данные из трудов профессора Лоуренса Крауса, согласно которым, протон в 2000 раз тяжелей нейтрона и на 70% состоит из виртуальных частиц. Однако, месяц назад ученые провели более точные расчеты, о которых теперь следует знать.
Массу протона составляет не просто сумма масс его частей. Мало для кого является новостью, что протоны состоят из еще более мелких частиц - кварков, поэтому ошибочно можно ожидать, что простое сложение масс кварков даст вам массу протона (938,2 МэВ), но этого будет слишком мало, чтобы объяснить массу протона - это лишь 9%. Как уже упомянул в начале, по старым данным, 70% приходится на виртуальные частицы, и вот новые данные помогут нам нести поправки и разобраться получше во всем этом.
Итак, остальная масса протона происходит от сложных эффектов, происходящих внутри частицы. Если масса протона обусловлена процессами, связанными с бозоном Хиггса, то большая часть массы протона объясняется сложностями, т.н., квантовой хромодинамики (КХД), теории, которая берет в расчет перемешивание частиц внутри протона.
Расчеты КХД крайне сложны, и поэтому для теоретического изучения свойств протона ученые используют метод, иминуемый решеточной КХД, в котором пространство и время разбиваются на сетку, на которой находятся кварки.
Благодаря этой технике, физики рассчитали массу протона, но до сих пор не знали точно, откуда она взялась.
Предлагаю для начала вспомнить, что масса и энергия эквиваленты, исходя из теории Эйнштейна. Эта эквивалентность выражена в его знаменитой формуле Е=mc2, и она важна для понимания дальнейших выводов и расчетов. Вот что выяснили физики из университета Кентукки - помимо кварков, массам протона состоит из:
- энергии кварков, проносящихся внутри протона, это 32%
- других обитателей протона, безмассовых частиц, называемых глюонами, которые помогают удерживать кварки вместе, они вносят 36% процентов своей энергии
- из квантовых эффектов, которые появляются, когда кварки и глюоны взаимодействуют сложным образом внутри протона, такие взаимодействия заставляют КХД нарушать принцип, называемый масштабной инвариантностью, все это составляет 23%
В масштабно-инвариантных теориях растягивание или сокращение пространства и времени не влияет на результаты расчетов. Массивные частицы обеспечивают теорию масштабом, поэтому, когда КХД не поддается масштабной инвариантности, протоны также набирают массу.