Пресс-центр

Протон преподносит новые сюрпризы

Одной из загадок, связанной с протоном, остается вклад амплитуды обмена двумя фотонами в процесс электрон-протонного рассеяния. Недавно вышел препринт научной работы, в которой физики измерили поляризационные наблюдаемые, связанные с этим процессом. Экспериментальные результаты не согласуются с теоретическими расчетами.

Ядро атома водорода (протон) таит в себе много загадок: измерение его зарядового радиуса различными способами дает противоречивые результаты; попытки понять как образующие его кварки и глюоны формируют спин и массу этой частицы тоже пока не увенчались полным успехом. Еще одна загадка связана с процессом электрон-протонного (e^–p) рассеяния, вернее с вкладом «подпроцесса» обмена двумя фотонами. Диаграмма, соответствующая двухфотонному обмену (ДФО), приведена на рисунке 1. Вытянутый красный эллипс на диаграмме соответствует промежуточному состоянию, в которое переходит протон. Это промежуточное состояние может быть не только протоном, но и другим адроном, например, Δ-резонансом. Расчет вклада такого процесса в полную амплитуду требует хорошего знания «состава» этого промежуточного объекта. С этим есть некоторые трудности, без разрешения которых невозможно проводить сверхточные теоретические расчеты для проверки Стандартной Модели физики частиц при низких энергиях.

С вкладом ДФО связана следующая экспериментальная загадка протон. Комбинация μ_pG_E/G_M, состоящая из магнитного момента протона (μ_p), его электрического (G_E) и магнитного (G_M) форм-факторов, оказывается различной при измерениях её двумя разными методами: измерением сечений и поляризационными измерениями (см. рисунок 2). Объяснение этой загадки может крыться в том, что ДФО следует учитывать по-разному для этих измерений. Однако, чтобы корректно учитывать ДФО, нужны измерения этого эффекта. Следует отметить, что свой вклад в попытку решения этой загадки внесли в свое время и физики Лаборатории малонуклонных систем Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ (эксперимент OLYMPUS).

Недавно в архиве препринтов появилась новая экспериментальная работа, посвященная исследованию вклада ДФО в ep-рассеяние. Ученые измеряли поперечную спиновую асимметрию (A_┴^ep) рассеяния поперечно поляризованных электронов на жидководородной мишени. Электроны, вылетающие под углами от 30 до 40 градусов, регистрировались электромагнитным калориметром на основе фторида свинца (PbF₂). Сканирование проводилось при пяти различных энергиях пучка (от 300 до 1500 МэВ) ускорителя MAMI (г. Майнц, Германия). В распределении по азимутальному углу вылета рассеянного электрона наблюдалась асимметрия относительно плоскости реакции, из которой физики и получили наблюдаемую A_┴^ep. Ученые утверждают, что их измерение однозначно свидетельствует о наличии неупругого (резонансного) вклада в амплитуду ДФО.

В своей работе экспериментаторы сравнивают полученный результат с теоретическими предсказаниями, включающими промежуточные пион-нуклонные резонансы. Как видно из рисунка 3, ни одна из теоретических кривых не согласуется с результатами измерений. Это расхождение между теорией и экспериментом может быть свидетельством существования других промежуточных состояний, например, ππN, KΛ или ηN.

Исследованием свойств протона занимаются и физики Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ. Сейчас в Институте строится детектор, который позволит точно измерить сечение ep-рассеяния при малых переданных импульсах, чтобы попробовать разгадать «загадку протонного радиуса».