Undersøgelse giver ny indsigt i protonmassens oprindelse

En undersøgelse ledet af prof. Chen Xurong ved Institut for Moderne Fysik (IMP) under det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har givet ny indsigt i protonmassens oprindelse. Fra et eksperimentelt synspunkt foreslog forskerne, at tunge kvarkers indflydelse på protonmassen kunne være større, end forskerne oprindeligt troede. Resultaterne blev offentliggjort i Physical Review D den 27. februar

Nukleoner, der omfatter protoner og neutroner, bidrager til mere end 99% af universets observerbare masse. De underliggende mekanismer for nukleonmasse er indviklet forbundet med fænomener som kvantesporanomali, farveindeslutning og dynamisk chiral symmetribrud. Derfor er undersøgelse af oprindelsen af ​​nukleonmasse et vigtigt forskningsemne i nukleonstruktur og kvantekromodynamiske undersøgelser.

I tidligere undersøgelser er det blevet postuleret, at massen af ​​kvarker, der befinder sig i protoner, overvejende stammer fra dens konstituerende kvarker:to op-kvarker og en ned-kvark, hvor bidragene fra andre kvarktyper anses for ubetydelige. Nylige undersøgelser har antydet den mulige tilstedeværelse af tungere kvarkearter inde i protoner. Alligevel er der ikke tilstrækkeligt direkte eksperimentelt bevis til at bekræfte den væsentlige indvirkning af tunge kvarker (mærkelig kvark, charmekvark og skønhedskvark) på protonmassen.

I denne undersøgelse, ved at etablere et forhold mellem protonernes kvanteanomalienergi og den samlede sigma-term (inklusive bidrag fra lette og tunge kvarker til protonmassen), udtog forskere ved IMP sigma-termen fra eksperimentelle data med vektormeson nær tærskelfoto- produktion.

De afslørede en større end forventet sigma-term for tunge kvarker, cirka 337 MeV (dipoltilpasning) og 455 MeV (eksponentiel tilpasning), hvilket udgør 36%-48% af den samlede protonmasse (938 MeV). Den statistiske signifikans af værdien uden for nul (eksponentiel tilpasning) når cirka syv standardafvigelser (svarende til en sandsynlighed på 99,999999999744%).

Desuden bekræftede brugen af ​​data fra to eksperimentelle grupper med Kolmogorov-Smirnov-testmetoden kompatibiliteten af ​​sigma-udtrykket, der er udtrukket fra begge datasæt.

Denne undersøgelse giver ny indsigt til fremtidige undersøgelser af oprindelsen af ​​protonmasse og giver nye observerbare resultater til forskning i de kommende elektron-ion kollidere (EIC'er).

Flere oplysninger: Wei Kou et al., Unraveling proton strangeness:Determination of strangeness sigma-termen med statistisk signifikans, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.036034

Leveret af Chinese Academy of Sciences