Ученым Института ядерной физики СО РАН удалось разобраться в структуре протона, разрешив занимавший физиков вопрос о его формировании. Новосибирские ученые выяснили, что в протоне происходит так называемый «двухфотонный обмен».
Как сообщили в ИЯФ СО РАН, отличие результатов при использовании двух разных методов измерения величин, характеризующих внутреннюю структуру протона, было одной из острых проблем в физике элементарных частиц. Для изучения электрических и магнитных формфакторов физики обстреливают протон электронами высокой энергии и измеряют параметры рассеянных частиц. Однако для этого эксперимента можно использовать как поляризованные, так и не поляризованные пучки электронов. Эксперименты с обычными электронам проводятся еще с середины прошлого века, и за них в свое время дали Нобелевскую премию. Однако в новом тысячелетии при этом эксперименте решили использовать поляризованные электроны, получив отличные от прежних данные.
Новосибирским ученым удалось объяснить как раз это разногласие. Для этого в ИЯФ СО РАН провели первое прецизионное сравнение процессов рассеяния электронов и позитронов на протонах. Полученные данные показали, что причиной разногласия является эффект двухфотонного обмена.
«Было высказано предположение, что противоречие можно объяснить, если в измерениях с неполяризованными пучками учесть так называемый «двухфотонный обмен», вкладом которого прежде пренебрегали. При двухфотонном обмене налетающий электрон и протон мишени взаимодействуют путем обмена не одним, а сразу двумя виртуальными фотонами (переносчиками электромагнитного взаимодействия), – объяснил участник эксперимента Александр Грамолин. – Этот тонкий эффект зависит от знака электрического заряда рассеиваемой частицы и приводит к небольшому различию в том, как с протонами взаимодействуют электроны и их античастицы, позитроны. Мы выполнили самое точное на сегодня сравнение этих двух процессов и впервые наблюдали эффект двухфотонного обмена».
В эксперименте участвовали 15 новосибирских физиков, двое сотрудников Томского политехнического университета и трое зарубежных ученых. Исследование проходило на базе ИЯФ СО РАН на накопительном кольце «ВЭПП-3№ с использованием уникальной методики внутренних мишеней. Примечательно, что одновременно с сибирскими учеными над аналогичным экспериментом работали еще две научные группы. Результаты в ИЯФ получили одновременно с учеными национальной лаборатории Джефферсона в США. Их данные согласуются, хотя при исследовании были использованы различные методики. Таким образом, ученые установили, что новый метод измерения формфакторов протона дает правильные результаты, а прежние нуждаются в корректировке.
