У серці кожного атома у Всесвіті мовчки лунає вихровий вітер частинок, який прагне зрозуміти фізика. Жоден зонд, жоден мікроскоп і жоден рентгенівський апарат не можуть розібратися в хаотичній розмитості квантових зубців, що крутяться всередині атома, залишаючи фізикам теоретизувати якнайкраще, ґрунтуючись на уламках високошвидкісних зіткнень у колайдерах частинок.
Тепер у дослідників є новий інструмент, який уже дає їм невеликий погляд на протони та нейтрони, які утворюють ядра атомів, заснований на сплутанні частинок, які утворюються, коли атоми золота швидко проносяться повз один одного.
Використовуючи потужний релятивістський колайдер важких іонів (RHIC) у Брукхейвенській національній лабораторії Міністерства енергетики США, вчені показали, як можна отримати точні деталі розташування протонів і нейтронів золота за допомогою свого роду квантової інтерференції, якої ніколи раніше не бачили в експерименті.
«Ця техніка схожа на те, як лікарі використовують позитронно-емісійну томографію (ПЕТ-сканування), щоб побачити, що відбувається всередині мозку та інших частин тіла», — каже фізик Джеймс Деніел Бранденбург, колишній дослідник Брукхейвена, а тепер учасник колаборації STAR.
«Але в цьому випадку ми говоримо про відображення характеристик на шкалі фемтометрів — квадрильйонних часток метра — розміру окремого протона».
У термінах підручника анатомію протона можна описати як тріо фундаментальних будівельних блоків, званих кварками, зв’язаних між собою шляхом обміну силовою частинкою, званою глюоном.
Якби ми збільшили масштаб і спостерігали за цією співпрацею з перших вуст, ми б не побачили нічого такого чудового. Частинки та античастинки з’являються та зникають у киплячій піні статистичного божевілля, де правила розподілу частинок є зовсім не послідовними.
Накладення обмежень на рухи та імпульси кварків і глюонів вимагає деякого розумного мислення, але фізики справді хочуть отримати вагомі докази. На жаль, просте освітлення протона не призведе до моментального знімка його рухомих частин. Фотони та глюони грають за дуже різними правилами, тобто вони фактично невидимі один для одного. Джерело