Inuti varje proton eller neutron finns tre kvarker bundna av gluoner. Tills nu, det har ofta antagits att två av dem bildar ett "stabilt" par som kallas en diquark. Det verkar, dock, att det är slutet på vägen för diquarks i fysik. Detta är en av slutsatserna i den nya modellen av proton-proton eller proton-kärnkollisioner, som tar hänsyn till gluons interaktioner med havet av virtuella kvarker och antikvarker.

Inom fysiken, framväxten av en ny teoretisk modell föranleder ofta dåligt för gamla begrepp. Detta är också fallet med beskrivningen av kollisioner av protoner med protoner eller atomkärnor, föreslagits av forskare från Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences (IFJ PAN) i Krakow. I den senaste modellen, en betydande roll spelas av interaktioner mellan gluoner som avges av en proton med havet av virtuella kvarker och antikvarker, visas och försvinner inuti en annan proton eller neutron.

Gluoner är bärare av den starka kraften, en av de fyra grundkrafterna i naturen. Detta binder kvarkar till sammansatta strukturer, såsom protoner eller neutroner. I många avseenden, den starka kraften skiljer sig från de andra. Till exempel, det försvagas inte, men växer med avståndet mellan partiklarna. Dessutom, till skillnad från fotoner, gluoner bär en specifik typ av laddning (pittoreskt kallad färg) och kan interagera med varandra.

Majoriteten av kärnreaktioner - inklusive huvuddelen av kollisioner av protoner med protoner eller atomkärnor - är processer där partiklar bara "borstar mot" varandra genom att utbyta gluoner. Kollisioner av denna typ kallas "mjuka" av fysiker och orsakar dem problem, eftersom teorin som beskriver dem är oberäknelig från de första principerna. Således, av nödvändighet, alla dagens modeller av mjuka processer är mer eller mindre fenomenologiska.

"I början, vi ville bara se hur det befintliga verktyget, känd som dual -parton -modellen, hanterar mer exakta experimentella data om proton-proton- och proton-kolkärnkollisioner, "minns professor Marek Jezabek (IFJ PAN)." Det visade sig snabbt att det inte klarade sig bra. Så vi bestämde oss, på grundval av den gamla modellen som har utvecklats i över fyra decennier, att försöka skapa något som å ena sidan var mer exakt, och på den andra - närmare naturen hos de beskrivna fenomenen. "

Gluonbytesmodellen (GEM) som byggdes på IFJ PAN är också fenomenologisk. Dock, det är inte baserat på analogier till andra fysiska fenomen, men direkt på förekomsten av kvarker och gluoner och deras grundläggande egenskaper. Dessutom, GEM tar hänsyn till förekomsten i protoner och neutroner av inte bara trillingar av huvud (valens) kvarkerna, men också havet av ständigt uppkomna och förintande par av virtuella kvarker och antikvarter. Dessutom, den tar hänsyn till de begränsningar som följer av principen om bevarande av baryontal. I förenklade termer, det står att antalet baryoner (dvs. protoner och neutroner) som före och efter interaktionen måste förbli oförändrade. Eftersom varje kvark bär sitt eget baryontal (lika med 1/3), denna princip ger mer tillförlitliga slutsatser om vad som händer med kvarkerna och gluonerna som utbyts mellan dem.

"GEM har tillåtit oss att utforska nya scenarier av händelseförloppet som involverar protoner och neutroner, "säger Dr Andrzej Rybicki (IFJ PAN)." Låt oss föreställa oss, till exempel, att under en mjuk proton-protonkollision, en av protonerna avger en gluon, som träffar den andra protonen - inte dess valenskvark, men en kvark från det virtuella havet som finns för en bråkdel av ett ögonblick. När en sådan gluon absorberas, havskvarken och antikvarken som bildar ett par upphör att vara virtuella och materialiseras till andra partiklar i specifika slutliga tillstånd. Observera att i detta scenario, nya partiklar bildas trots att valenskvarkerna i en av protonerna har förblivit orörda. "

Cracow gluon -modellen leder till intressanta insikter, varav två är särskilt anmärkningsvärda. Det första gäller ursprunget till diffraktiva protoner, observerats vid proton-protonkollisioner. Dessa är snabba protoner som kommer ut från kollisionsplatsen i små vinklar. Tills nu, man trodde att de inte kunde produceras genom färgförändringsprocesser och att någon annan fysisk mekanism var ansvarig för deras produktion. Nu, det visar sig att närvaron av diffraktiva protoner kan förklaras av interaktionen mellan gluonen som avges av en proton och havskvarkarna i en annan proton.

En annan observation är också intressant. Den tidigare beskrivningen av mjuka kollisioner antog att två av de tre valenskvarkerna i en proton eller en neutron är bundna så att de bildar en "molekyl" som kallas en diquark. Förekomsten av diquark var en hypotes som inte alla fysiker skulle garantera för urskillningslöst, men begreppet användes i stor utsträckning - något som nu sannolikt kommer att förändras. GEM -modellen konfronterades med experimentella data som beskriver en situation där en proton kolliderar med en kolkärna och interagerar med två eller flera protoner/neutroner längs vägen. Det visade sig att för att vara konsekvent med mätningarna, enligt den nya modellen, upplösningen av diquark måste antas i minst hälften av fallen.

"Således, mycket tyder på att diquarken i en proton eller neutron inte är ett starkt bundet objekt. Det kan vara så att diquarken bara existerar effektivt som en slumpmässig konfiguration av två kvarkar som bildar en så kallad färgantriplett-och närhelst den kan, det sönderfaller omedelbart, "säger Dr Rybicki.

Krakow -modellen för gluonbyte förklarar en bredare klass av fenomen på ett enklare och mer sammanhängande sätt än de befintliga verktygen för beskrivning av mjuka kollisioner. De nuvarande resultaten, presenteras i en artikel publicerad i Fysikbokstäver B , ha intressanta konsekvenser för fenomen som förhindrar utsläpp av materia, i vilken en antiproton kan utplåna på mer än en proton/neutron i atomkärnan. Därför, författarna har redan formulerat först, preliminära förslag för att utföra nya mätningar vid CERN med en antiprotonstråle.