Заглянуть внутрь протона: новый детектор ищет неизвестные силы ✛

Оригинал: "Electron Scattering at the Intensity Frontier with SoLID"
· Zein-Eddine Meziani
arXiv:2408.16037 · 2024-08-28 · CC BY 4.0 · 1 мин
Детектор SoLID раскроет внутреннее устройство протонов и проверит, существуют ли ещё неоткрытые частицы.

В лаборатории Джефферсона (США) готовят к запуску спектрометр SoLID — прибор, разделяющий частицы по их свойствам. Он работает как сверхбыстрый трёхмерный микроскоп: ловит следы от столкновений электронов с протонами и восстанавливает внутреннее устройство материи.

У этого «микроскопа» три цели. Во-первых, построить трёхмерную карту протона, где движутся кварки — крошечные кирпичики — и глюоны, склеивающие их. Во-вторых, измерить, откуда берётся масса. Сами кварки почти невесомы — 99% массы создаёт энергия глюонного поля. SoLID впервые увидит распределение этой энергии. В-третьих, прибор ищет частицы, не вписывающиеся в Стандартную модель — лучшую теорию микромира. Обнаружение, например, тёмных фотонов — невидимых аналогов света — могло бы объяснить природу тёмной материи. И тогда окажется: привычная «твёрдость» вещества — лишь иллюзия, порождённая энергией полей.

Почти 99% массы протона — это не кварки, а энергия глюонного поля. Без этого «клея» протоны были бы почти невесомыми — и нас бы просто не существовало.

Без глюонного «клея» протон был бы почти невесомым: три кварка внутри него весят меньше 2% от его реальной массы.

Поиск неизвестных частиц перекликается с идеей из научной фантастики о скрытых слоях реальности, например, с подпространством из «Звёздного пути» или дополнительными измерениями из «Интерстеллара».

\frac{d^3 \sigma}{dx\, dQ^2\, dz}
Тройное дифференциальное сечение полуинклюзивного глубоконеупругого рассеяния: сколько событий приходится на интервалы по доле импульса кварка x, квадрату переданного импульса Q² и доле энергии адрона z. Именно в таких многомерных бинах SoLID будет измерять сечения, чтобы восстановить 3D-структуру нуклона.
A_{PV} = \frac{\sigma_R - \sigma_L}{\sigma_R + \sigma_L}
Асимметрия нарушения чётности: разница в сечениях рассеяния правополяризованных и левополяризованных электронов, делённая на их сумму. В стандартной модели эта асимметрия мала, но точно вычисляема; отклонение от предсказания укажет на новую физику.
Учёные
Emmy NoetherBernhard RiemannJoseph WeberKarl SchwarzschildKip ThorneRainer Weiss
Понятия
электрон-ионный коллайдер сверхпроводящий квантовый интерференционный прибор датчик электрического поля электронвольт гигаэлектронвольт евклид предел Эддингтона электронный пучок килоэлектронвольт электронные устройства спектральное распределение энергии твёрдый электролит жидкий сцинтиллятор светодиод ядро свинца кремниевый детектор измерение спектральных линий большой адронный коллайдер SETI лидарное дистанционное зондирование