Ha felszálltál a varázslatos iskolabuszra, és összezsugorodni kezdett - kisebb, mint egy hangya, amőba vagy egyetlen sejt, és tovább zsugorodni, amíg az egyes atomok olyan nagyok lennének, mint az egész világok, és még azok alkotó részecskéi is rád lennének, - belépni egy hatalmas, egymásnak ellentmondó nyomásokkal pezsgő világba.
A proton közepén egy olyan nyomás, amely nagyobb, mint a neutroncsillag belsejében, a részecske széle felé repül. De a proton külső határain az egyenlő és ellentétes erő a proton középpontja felé tolja Önt. Mindeközben oldalirányban mozgó nyíróerők ütköznek, amelyek messze meghaladják a bármit, amit valaki tapasztalhat meg életében.
Egy új cikk, melyet a február 22-én jelentettek meg a Physical Review Letters folyóiratban, a proton belüli versengő nyomások legteljesebb leírását tartalmazza, nem csupán kvarkeik - a proton tömegét alkotó részecskék -, hanem gluonjai szempontjából. a tömeg nélküli részecskék, amelyek ezeket a kvarkokat egymáshoz kötik.
Ez a pezsgő, forráspontú kvantumállapot
A protonok egyszerű leírása mindössze három kvarkot foglal magában, amelyeket egy csomó gluon tart össze. De ezek a leírások hiányosak - mondta Phiala Shanahan, a tanulmány társszerzője, a Massachusetts Institute of Technology (MIT) fizikusa.
"A proton egy csomó gluonból, majd valójában egy csomó kvarkból áll" - mondta Shanahan a Live Science-nek. "Nem csak három. Három fő kvark, majd tetszőleges számú kvark-antikőrpár jelenik meg és eltűnik. És ennek a buborékoló, forráspontú kvantumállapotnak az összes bonyolult kölcsönhatása generálja a nyomást."
Shanahan és a szerző, William Detmold, aki szintén a MIT fizikusa, úgy találták, hogy a gluonok kétszer annyi nyomást eredményeznek, mint a proton belsejében lévő kvarkok, és hogy ez a nyomás szélesebb területen oszlik meg, mint az előzőleg ismert volt. Megállapították, hogy egy proton teljes nyomása 100 decillió (vagy az egyik 35 nulla után) paszkalon csúcsosodik - vagyis körülbelül 260 sextillionban (vagy 26-nál 22 nulla után) a Föld közepén mért nyomáshoz képest.
Kritikusan ez a nyomás két különböző irányba mutat.
"Van egy pozitív nyomás egy régiója, tehát a negatív nyomásnak is kell lennie" - mondta. "Ha csak egy pozitív nyomású régió lenne, a proton tovább terjeszkedne, és nem lenne stabil."
Nagyon nagy számítás
De bármennyire is nagy a nyomás, a tudósoknak nincs módjuk arra, hogy a legtöbb körülményt közvetlenül megmérjék. A protonok belső felületének kipróbálására a tudósok egy még vékonyabb elektronokkal bombázzák őket nagyon nagy energiák mellett. A folyamat során megváltoztatják a protonokat. Egyetlen ismert kísérlet sem tudja feltárni, milyen érzés egy proton belsejében az alacsony energiákon, amelyeket általában megtapasztalnak.
Tehát a tudósok a Quantum Chromodynamics (QCD) elméletére támaszkodnak - amely leírja a kvarkokat és az erőt hordozó gluonokat, amelyek egymáshoz kötődnek. A tudósok tudják, hogy a QCD működik, mivel a nagy energiájú kísérletek alátámasztják előrejelzéseit - mondta Detmold. De alacsony energiánál bízniuk kell a matematikában és a számításokban.
"Sajnos nagyon nehéz analitikusan tanulmányozni az egyenletek írását tollal és papírral" - mondta Shanahan.
Ehelyett a kutatók a szuperszámítógépekhez fordulnak, amelyek processzormagok ezreit vonják össze egymással a bonyolult egyenletek megoldása érdekében.
Még két szuperszámítógép együttmûködésével is a számítások körülbelül egy évig tartottak - mondta.
Shanahan és Detmold a protont különböző dimenzióira bontotta (három helyet és egy időt), hogy egyszerűsítse a szuperszámítógépek által megoldandó problémát.
Egyetlen szám helyett a kapott nyomástérkép nyilaknak tűnik, mindegyik méret különbözõ és eltérõ irányba mutat.
Tehát a választ a kérdésre: "Mi a nyomás egy protonban?" sok múlik attól, hogy a proton melyik részét kérdezi.
Ez a proton sugaratól is függ. Ha a protonok gluonok és kvarkok zsákjai, akkor ezek a zsákok növekednek és összehúzódnak, a rájuk ható többi részecskétől függően. Tehát Shanahan és Detmold eredményei nem forognak egyetlen számra.
De most a bennünk lévő apró, forró világok szélsőségeiről szóló térképeink sokkal élénkebbek.
