Ученые Санкт-Петербургского университета разработали инновационную модель вычисления массы нуклонов (протонов и нейтронов). В ее основе лежит удивительная формальная аналогия между сильным взаимодействием в квантовой хромодинамике и теорией поляронов в физике конденсированного состояния. Свой прорыв исследователи презентовали на 75-й международной конференции «ЯДРО-2025», прошедшей в СПбГУ.
Вечный вопрос о массе Вселенной
Почти 99% массы видимого вещества космоса заключено в атомных ядрах. Главные их составляющие — протон и нейтрон, однако происхождение их массы остается загадкой. Известно, что сами кварки дают лишь около 1% массы; остальное – это энергия их взаимодействия. Свыше 60 лет квантовая теория поля не может объяснить это значение, поэтому научное сообщество пока не имеет единого ответа.
Новаторский взгляд на стыке наук
Физики СПбГУ предложили свежее решение, объединив подходы физики твердого тела и физики элементарных частиц. Они обратили внимание на эффект полярона: когда электрон в ионном кристалле сильно взаимодействует с решеткой, его измеряемая масса резко возрастает.
«Мы выдвинули гипотезу: похожий механизм может работать и для кварков внутри протонов и нейтронов! Это способно объяснить массу нуклонов и разгадать тайну основного вещества Вселенной», — оптимистично отмечает профессор кафедры физики высоких энергий и элементарных частиц СПбГУ Сергей Афонин.
Убедительные результаты моделирования
Применение параметров кварковых взаимодействий в уравнениях теории поляронов позволило с высокой точностью вычислить массу нейтрона (близкую к массе протона). Это указывает на сходство процессов "утяжеления" кварков в нуклонах и электронов в кристаллах. Таким образом, разработанный инструментарий теории поляронов дает ключ к описанию важных аспектов квантовой хромодинамики.
Широкое применение модели
Новинка от специалистов СПбГУ успешно описывает и другие характеристики внутриядерных сил, в том числе пион-нуклонный сигма-член – величину массы нуклона без учета кваркового утяжеления.
Переосмысление состава протонов и нейтронов
Предложенная модель предлагает иную картину. Вместо традиционной тройки валентных кварков (uud – протон, ddu – нейтрон) и окружения, протон предстает как один u-кварк, а нейтрон — один d-кварк (аналоги поляронного электрона), тогда как пара ud-кварков становится частью "облака", формирующего общие квантовые числа.
Словарь для сложных взаимодействий
Важным итогом стало создание уникального "словаря" перевода терминологии и явлений из исследованной физики поляронов в сложную область сильных кварковых взаимодействий, где аналитические решения зачастую невозможны.
В числе авторов работы – выдающийся физик, профессор СПбГУ Александр Тулуб, ученик Владимира Фока, одного из создателей квантовой механики и теоретической физики в Ленинградском университете.
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
