Moć gravitacije je velika u našem vidljivom univerzumu. Može se videti u stepenu brave meseci dok kruže oko planeta; u lutajućim kometama koje su masivne zvezde skrenule sa kursa; i u vrtlogu gigantskih galaksija. Ovi sjajni displeji pokazuju uticaj gravitacije na najvećim razmerama materije. Sada, nuklearni fizičari otkrivaju da gravitacija takođe ima mnogo toga da ponudi na najmanjim razmerama materije.
Novo istraživanje koje su sproveli nuklearni fizičari u Nacionalnom akceleratorskom postrojenju američkog Ministarstva energetike Thomas Jefferson koristi metodu koja povezuje teorije gravitacije sa interakcijama među najmanjim česticama materije kako bi otkrila nove detalje u ovoj manjoj skali. Istraživanje je sada otkrilo, po prvi put, snimak distribucije jake sile unutar protona. Ovaj snimak detaljno opisuje napon smicanja koji sila može da deluje na čestice kvarka koje čine proton. Rezultat je nedavno objavljen u časopisu Pregledi moderne fizike.
Prema rečima glavnog autora studije, glavnog naučnika iz Jefferson Lab-a Volkera Burkerta, merenje otkriva uvid u okruženje koje doživljavaju građevinski blokovi protona. Protoni su građeni od tri kvarka koji su međusobno povezani snažnom silom.
„Na svom vrhuncu, ovo je više od sile od četiri tone koju bi neko morao da primeni na kvark da bi ga izvukao iz protona“, objasnio je Burkert. „Priroda nam, naravno, ne dozvoljava da odvojimo samo jedan kvark od protona zbog svojstva kvarkova zvanog ‘boja’. Postoje tri boje koje mešaju kvarkove u protonu da bi spolja izgledao bezbojno, što je uslov za njegovo postojanje u svemiru.
„Pokušaj da se izvuče obojeni kvark iz protona će proizvesti bezbojni par kvark/anti-kvark, mezon, koristeći energiju koju ste uložili da pokušate da odvojite kvark, ostavljajući bezbojni proton (ili neutron) iza sebe. Dakle, 4 tone je ilustracija snage sile koja je svojstvena protonu.“
Rezultat je samo druga mehanička svojstva protona koja se meri. Mehanička svojstva protona uključuju njegov unutrašnji pritisak, distribuciju mase (fizičku veličinu), ugaoni moment i napon smicanja. Rezultat su omogućili pola veka staro predviđanje i dve decenije stari podaci.
Sredinom 1960-ih teoretiziralo se da ako nuklearni fizičari vide kako gravitacija reaguje sa subatomskim česticama, kao što je proton, takvi eksperimenti mogu direktno otkriti mehanička svojstva protona.
„Ali u to vreme nije postojao način. Ako uporedite gravitaciju sa elektromagnetnom silom, na primer, postoji 39 redova veličine razlike — dakle, potpuno je beznadežno, zar ne?“ objasnila je Latifa Elouadhriri, naučnik iz Jefferson Lab-a i koautor studije.
Decenijama stari podaci potiču iz eksperimenata sprovedenih sa Ubrzavanjem kontinualnog elektronskog snopa (CEBAF) Jefferson Lab-a, korisničkim objektom DOE Kancelarije za nauku. Tipičan CEBAF eksperiment bi podrazumevao da energetski elektron interaguje sa drugom česticom razmenom paketa energije i jedinice ugaonog momenta koja se naziva virtuelni foton sa česticom. Energija elektrona diktira sa kojim česticama komunicira na ovaj način i kako reaguju.
