Протон — не монолитный шарик. Это бурлящее облако из кварков и глюонов, которые постоянно рождаются и исчезают. Описать такую картину помогают функции распределения партонов — они показывают, с какой вероятностью внутри протона встретится кварк или глюон с определённой энергией. Раньше эти функции определяли отдельно от других важных чисел — например, от силы сцепления кварков или массы самой тяжёлой элементарной частицы, топ-кварка.
Теперь международная группа физиков впервые скрестила данные двух легендарных установок. Электрон-протонный коллайдер HERA в Гамбурге дал точные снимки протона через рассеяние электронов. Протон-протонные столкновения на Большом адронном коллайдере добавили информацию о рождении струй, W- и Z-бозонов, а также пар топ-кварков. Анализ провели с рекордной теоретической точностью — учли даже тонкие эффекты движения кварков внутри топ-кварка и излучения дополнительных глюонов.
Результат — одновременное извлечение сильного взаимодействия, массы топ-кварка и угла Вайнберга (он управляет слабыми распадами). Точность оказалась на уровне лучших мировых измерений, но главное — теперь видны корреляции между этими параметрами и внутренним устройством протона. Авторы не остановились на достигнутом и наложили ограничения на гипотетические отклонения от Стандартной модели — так называемые операторы SMEFT. Если новые частицы существуют, они должны быть очень тяжёлыми или очень слабо взаимодействовать.
Такой совместный анализ — генеральная репетиция будущего. Когда заработают новые детекторы и накопится больше данных, учёные смогут ещё строже проверить теорию. Возможно, в этих корреляциях прячется ключ к разгадке тёмной материи или природы массы.
Топ-кварк настолько массивен, что его масса близка к массе атома золота, хотя сам кварк — бесструктурная точка.
В романе «Задача трёх тел» Лю Цысиня субатомные частицы ведут себя странно из-за вмешательства внеземной цивилизации — а здесь физики ищут отклонения от нормы, чтобы найти следы новых законов природы.