Экспонента (вверх) и диполь (вниз) аппроксимируются дифференциальным сечением dσ/dt с использованием данных GlueX Collaboration. Голубая полоса показывает неопределённость.
Фото: Physical Review D (2024). DOI: 10.1103/PhysRevD.109.036034

Исследование, проведенное профессором Чэнь Сюжуном из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS), позволило по-новому взглянуть на происхождение массы протона. С экспериментальной точки зрения исследователи предположили, что влияние тяжелых кварков на массу протона может быть больше, чем первоначально предполагали ученые. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review D 27 февраля.

Нуклоны, состоящие из протонов и нейтронов, составляют более 99% наблюдаемой массы Вселенной. Механизмы, лежащие в основе массы нуклона, неразрывно связаны с такими явлениями, как аномалия квантовых следов, ограничение цвета и нарушение динамической киральной симметрии. Следовательно, исследование происхождения массы нуклона является важной темой исследований в области структуры нуклонов и исследований квантовой хромодинамики.

В предыдущих исследованиях постулировалось, что масса кварков, находящихся внутри протонов, преимущественно происходит от составляющих его кварков: двух верхних и одного нижнего кварка, при этом вклад других типов кварков считается незначительным. Недавние исследования предположили возможное присутствие более тяжелых разновидностей кварков внутри протонов. Тем не менее, нет достаточных прямых экспериментальных данных, подтверждающих существенное влияние тяжелых кварков (странного кварка, очаровательного кварка и прекрасного кварка) на массу протона.

В этом исследовании, установив связь между энергией квантовой аномалии протонов и полным сигма-членом (включая вклады легких и тяжелых кварков в массу протона), исследователи из IMP извлекли сигма-член из экспериментальных данных с векторным мезоном.

Они обнаружили больший, чем ожидалось, сигма-член тяжелых кварков, примерно 337 МэВ (дипольное соответствие) и 455 МэВ (экспоненциальное соответствие), что составляет 36–48% от общей массы протона (938 МэВ). Статистическая значимость ненулевого значения (экспоненциальное соответствие) достигает примерно семи стандартных отклонений (что соответствует вероятности 99,999999999744%).

Более того, использование данных двух экспериментальных групп с помощью тестового метода Колмогорова-Смирнова подтвердило совместимость сигма-терма, извлеченного из обоих наборов данных.

Это исследование предлагает новые идеи для будущих исследований происхождения массы протонов и предоставляет новые наблюдаемые данные для исследований будущих электрон-ионных коллайдеров (EIC).