Протон — не цельный шарик. Внутри него кипит смесь из кварков и глюонов. Глюоны — это частицы, которые склеивают кварки, как клей склеивает деревяшки. Вопрос: сколько «веса» протона приходится на этот клей? Физики посчитали это на компьютере, разложив пространство и время на мелкую сетку.
Стандартная модель описывает, как кварки и глюоны взаимодействуют. Но посчитать их вклад в импульс протона напрямую почти невозможно — уравнения слишком сложны. Поэтому используют метод решётки: пространство-время заменяют дискретной сеткой, а потом устремляют шаг сетки к нулю. Авторы взяли конфигурации с двумя лёгкими и одним странным кварком (в физике это называют Nf = 2+1), масса пиона 358 МэВ, шаг сетки 0,094 фм. Это как фотографировать протон с очень короткой выдержкой, но для теории.
Чтобы вытащить сигнал из шума, применили два приёма. Вариационный метод отсеивает возбуждённые состояния, оставляя только самый нижний уровень — как если бы из хора выделили одну чистую ноту. Метод дистилляции (distillation) строит большой набор операторов, чтобы точнее ухватить глюонное поле. Все подгонки усреднили байесовским методом — это способ честно учесть неопределённость от выбора модели.
Результат: глюоны несут 48,2% импульса протона (при энергии 2 ГэВ). Остальное — кварки. Погрешность пока только статистическая, 3,5%. Это близко к значениям из других расчётов и экспериментов на коллайдерах. Значит, половина «движения» внутри протона — это глюонный клей.
Такой расчёт — не просто упражнение. Он проверяет наше понимание сильного взаимодействия в непертурбативной области, где обычные методы не работают. Если бы число сильно отличалось от ожидаемого, пришлось бы пересматривать теорию. Но всё сходится: клей действительно держит половину импульса протона.
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.14260
We calculate the gluon momentum fraction of the nucleon using lattice quantum chromodynamics (QCD), with a nonperturbative renormalization technique based on the gradient flow. The gluon momentum fraction is determined on a single Wilson-clover ensemble using Nf = 2+1 flavors with pion mass 358 MeV and lattice spacing 0.094 fm. We employ the variational method to reduce excited-state contamination and apply the distillation framework to ensure a large operator basis. To reduce systematic uncertainties, we apply Bayesian model averaging to all fit procedures. We apply matching coefficients to the flow-time dependent lattice results to recover the gluon momentum fraction in the MS-scheme at 2 GeV. Our final result is
Если бы глюоны вдруг исчезли, протон распался бы на кварки, а вся материя во Вселенной превратилась бы в разреженный газ.