Цитата дня
«Даже я видел, что черная туча подошла к Москве. Но откройте окно, вы, чиновники Росгидромета, чего вы не предупредите, что через 20 минут начнется сильный ливень? Он начался! Разогнать Мосгидромет! Разогнать! Уволить!»

Председатель партии ЛДПР Владимир Жириновский после того, как попал под дождь и сильно промок.

Эксперимент института ядерной физики СО РАН заполнил пробел в понимании структуры протона

Алла Сковородина , 5 января 2016
Более десяти лет одной из острых проблем в физике элементарных частиц было расхождение между результатами двух разных методов измерения формфакторов протона – величин, характеризующих его внутреннюю структуру. Для разрешения этого противоречия в ИЯФ СО РАН проведено первое прецизионное сравнение процессов рассеяния электронов и их античастиц, позитронов, на протонах. Эксперимент новосибирских физиков свидетельствует о том, что причиной разногласия является предсказанный ранее эффект двухфотонного обмена.

Распределения электрического заряда и магнитного момента внутри протона характеризуются его электрическим и магнитным формфакторами. Для их изучения физики «обстреливают» протон электронами высокой энергии и измеряют параметры рассеянных частиц. При этом можно использовать как обычные, так и подготовленные специальным образом – поляризованные – пучки электронов. Эксперименты первого типа были удостоены в 1961 году Нобелевской премии по физике, а сейчас их описание можно найти на страницах университетских учебников. Измерения же с поляризованными электронами были осуществлены только в XXI веке и принесли неожиданные результаты, противоречащие классическим данным по формфакторам протона. Эта проблема, поставившая под сомнение наши знания о структуре протона, привлекла пристальное внимание физиков всего мира. Для её разрешения требовались новые данные, которые и были получены в измерении, проведенном в новосибирском Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН).

Участник эксперимента, младший научный сотрудник Института Александр Валерьевич Грамолин, поясняет суть исследования:

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). 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.



Ученый рассказал, что эксперимент был проведен на накопительном кольце ВЭПП-3 с использованием уникальной методики внутренних мишеней, предложенной и развитой в ИЯФ СО РАН. Полученные данные согласуются с несколькими теоретическими моделями двухфотонного обмена, которые, в свою очередь, объясняют обсуждаемое противоречие. Таким образом, было установлено, что новый метод измерения формфакторов протона дает правильные результаты, а прежние данные нуждаются в корректировке.

Исследование, в котором участвовали 15 новосибирских физиков, двое сотрудников Томского политехнического университета и трое зарубежных ученых, было выполнено в условиях конкуренции с двумя другими экспериментальными группами. В итоге сибиряки представили свои результаты одновременно с коллегами из Национальной лаборатории Джефферсона в США. Коллективы использовали разные методики, но их данные согласуются между собой. Свои статьи российские и американские авторы опубликовали в одном и том же номере журнала Physical Review Letters. Третья группа исследователей, проводившая аналогичное измерение в ускорительном центре DESY в Германии, еще не завершила анализ полученных ими данных.

Справка

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН) – крупнейший академический институт страны, один из ведущих мировых центров в области физики высоких энергий и ускорителей, физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза. В институте ведутся крупномасштабные эксперименты по физике элементарных частиц на электрон-позитронных коллайдерах и уникальном комплексе открытых плазменных ловушек, разрабатываются современные ускорители, интенсивные источники синхротронного излучения и лазеры на свободных электронах. По большинству своих направлений Институт является единственным в России.
Уникальные установки и оборудование ИЯФ СО РАН составляют основу инфраструктуры для широкого спектра междисциплинарных научных и научно-технологических исследований, проводимых в созданных при Институте центрах коллективного пользования: Сибирском Центре синхротронного и терагерцового излучения, Центре фотохимических исследований, Центре геохронологии кайнозоя, Центре электронно-лучевых технологий. Возможностями этих центров ежегодно пользуются сотни организаций.
ИЯФ СО РАН отличает широкое многолетнее международное сотрудничество с большинством крупных зарубежных и международных центров. Яркий пример такого сотрудничества – участие Института в создании Большого адронного коллайдера в Европейском центре ядерных исследований (г. Женева). В рамках этого сотрудничества ИЯФ СО РАН разработал, изготовил и поставил в ЦЕРН уникальное высокотехнологичное оборудование стоимостью около 200 миллионов швейцарских франков. Институт играет важную роль в ряде крупных российских проектов.
ИЯФ СО РАН ведет активную работу по подготовке научных и инженерно-технических кадров высшей квалификации. Институт является базовым для шести кафедр физического факультета НГУ и физико-технического факультета НГТУ, на которых обучается более 200 студентов. В аспирантурах ИЯФ СО РАН и университетов обучается около 60 молодых сотрудников Института. Ежегодно около 15 выпускников аспирантур пополняют ряды научных работников ИЯФ СО РАН, обеспечивая преемственность ведущих научных школ Института.

Материал подготовлен службой по связям с общественностью ИЯФ СО РАН.
Array
(
    [2508] => Array
        (
            [item] => 0
            [values] => Array
                (
                )

        )

    [2513] => Array
        (
            [item] => 1
            [values] => Array
                (
                )

        )

)
  1. Участник эксперимента

    Ссылка на статью, опубликованную в Physical Review Letters: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.062005

  2. Редактор

    Спасибо. Активную ссылку на упоминаемую статью в текст добавили.

Оставить комментарий