По словам Руонана Ли, первого автора новой статьи и аспиранта Университета Темпл, измерения электрической поляризуемости протона показывают, насколько протон подвержен деформации или растяжению в электрическом поле. Подобно размеру или заряду, электрическая поляризуемость является фундаментальным свойством структуры протона.

Более того, точное определение электрической поляризуемости протона может помочь связать различные описания протона. В зависимости от того, как его исследовать, протон может выглядеть как непрозрачная одиночная частица или как составная частица, состоящая из трех кварков, удерживаемых вместе сильным взаимодействием.

«Мы хотим понять субструктуру протона. И мы можем представить ее как модель с тремя сбалансированными кварками посередине», — объяснил Ли. «Теперь поместите протон в электрическое поле. Кварки имеют положительный или отрицательный заряд. Они будут двигаться в противоположных направлениях. Итак, электрическая поляризуемость отражает, насколько легко протон будет искажен электрическим полем».

Чтобы исследовать это искажение, физики- ядерщики использовали процесс, называемый виртуальным комптоновским рассеянием. Он начинается с тщательно контролируемого пучка энергичных электронов из ускорителя непрерывного электронного луча Лаборатории Джефферсона, пользовательского объекта Управления науки Министерства энергетики США. Электроны врезаются в протоны.

При виртуальном комптоновском рассеянии электроны взаимодействуют с другими частицами, испуская энергичный фотон или частицу света. Энергия электрона определяет энергию излучаемого им фотона, которая также определяет, как фотон взаимодействует с другими частицами.

Фотоны с меньшей энергией могут отражаться от поверхности протона, в то время как фотоны с большей энергией будут взрываться внутри протона, взаимодействуя с одним из его кварков. Теория предсказывает, что когда эти фотонно- кварковые взаимодействия изображаются в диапазоне от более низких энергий к более высоким, они образуют гладкую кривую.

Никос Спарверис, адъюнкт-профессор физики Университета Темпл и представитель эксперимента, сказал, что эта простая картина не выдерживает критики. Вместо этого измерения выявили пока необъяснимую выпуклость.

«Мы видим, что существует некоторое локальное повышение величины поляризуемости. Поляризуемость уменьшается по мере увеличения энергии , как и ожидалось. И в какой-то момент кажется, что она снова временно возрастает, прежде чем пойдет вниз», — сказал он. сказал. «Основываясь на нашем текущем теоретическом понимании, он должен следовать очень простому поведению. Мы видим что-то, что отклоняется от этого простого поведения. И это факт, который нас озадачивает в данный момент».

Теория предсказывает, что более энергичные электроны более непосредственно исследуют сильное взаимодействие, поскольку оно связывает кварки вместе, образуя протон. Этот странный всплеск жесткости, подтвержденный физиками-ядерщиками в кварках протона, сигнализирует о том, что может действовать неизвестная грань сильного взаимодействия.

«Есть кое-что, чего мы явно упускаем на данный момент. Протон — единственный составной строительный блок в природе, который является стабильным. Поэтому, если мы упускаем там что-то фундаментальное, это имеет значение или последствия для всей физики», — сказал Спарверис.

Физики заявили, что следующим шагом будет дальнейшее выяснение деталей этой аномалии и проведение высокоточных зондов для проверки других точек отклонения и предоставления дополнительной информации об источнике аномалии.

«Мы хотим измерить больше точек при различных энергиях, чтобы представить более четкую картину и увидеть, есть ли там какая-либо дополнительная структура», — сказал Ли.

Спарверис согласился. «Нам также необходимо точно измерить форму этого улучшения. Форма важна для дальнейшего прояснения теории», — сказал он.