Физики измерили рекордно высокое давление внутри протона

Частицы, составляющие атомное ядро, лишь по традиции называют «элементарными»: мы давно знаем, что и протон, и нейтрон можно разложить на еще более мелкие составляющие — кварки. Так, протон состоит из двух верхних (u-) кварков и одного нижнего (d-), которые вместе удерживаются путем сильного взаимодействия.

Фолькер Баркерт (Volker Burkert) и его коллеги по Лаборатории Джефферсона Министерства энергетики США провели серию экспериментов на ускорителе CEBAF. Сталкивая электроны с массой жидкого водорода (источника протонов), они регистрировали возникающие в результате их взаимодействия частицы — электрон, протон и два фотона. Это позволило впервые измерить давление в центре протона.

В статье, опубликованной в журнале Nature, они отмечают, что оно оказалось самым высоким, с каким доводилось сталкиваться ученым, достигая 10³⁵ Паскалей — в миллион триллионов триллионов раз больше атмосферного и примерно на порядок больше предыдущего рекорда давления, установленного для недр сверхплотных нейтронных звезд.

Этот показатель считается одной из ключевых характеристик протона: колоссальное давление направлено из центра наружу, противодействуя давлению внешних областей частицы, направленному в центр. В некотором роде этот баланс действительно напоминает структуру звезд, в которых также уравновешиваются центробежные и центростремительные силы.