Kui jõuaksite võlukoolibussi pardale ja hakkaksite kahanema - väiksemaks kui sipelgas, amööbiks või üksikuks - ja siis kahaksite, kuni üksikud aatomid olid nii suured kui terved maailmad ja isegi nende koostisosakesed voolasid teie kohal, siis võiksite siseneda tohutu, vastuolulise survega mullitavasse maailma.
Prootonite keskpunktis paiskaks teid neutrontähe sisemusest suurem rõhk osakeste serva poole. Kuid prootoni välispiiridel surub võrdne ja vastupidine jõud teid prootoni keskpunkti poole. Mööda teid buffeerivad teid külgsuunas liikuvad nihkejõud, mis ületavad kaugelt kõike, mida keegi oma elu jooksul võib kogeda.
Uus leht, mis avaldati 22. veebruaril ajakirjas Physical Review Letters, pakub prootonisisese konkureeriva rõhu täielikku kirjeldust, mitte ainult selle kvarkide - osakeste, mis annavad prootonile selle massi -, vaid selle glüoonide osas, massilised osakesed, mis seovad neid kvarke kokku.
See mullitav, keev kvant olek
Prootonite lihtsad kirjeldused hõlmavad vaid kolme kvarki, mida hoiab koos hunnik gluoone. Kuid need kirjeldused on puudulikud, ütles uuringu kaasautor Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) füüsik Phiala Shanahan.
"Prooton koosneb hunnikust glükoosidest ja siis tegelikult hunnikust kvarkidest," rääkis Shanahan Live Science'ile. "Mitte ainult kolm. Seal on kolm peamist kvarki ja siis suvaline arv kvark-antikvariaare paare, mis ilmuvad ja kaovad ... ja kõik selle keeriseva, keeva kvantseisundi keerulised koosmõjud tekitavad survet."
Shanahan ja kaasautor William Detmold, kes on ka MIT-i füüsik, leidsid, et glüloonid tekitavad umbes kaks korda rohkem rõhku kui prootoni sees olevad kvargid ja see rõhk jaotub laiemalt kui varem teada. Nad leidsid, et prootoni kogurõhk saavutab 100 detsilli (või 1 koos 35 nulliga pärast seda) paskaali - ehk umbes 260 sootillioni (või 26, kui selle järel on 22 nulli) korda suurem rõhust Maa keskel.
Kriitiliselt on see rõhk suunatud kahes eri suunas.
"Seal on positiivse surve piirkond, seega peab olema ka negatiivse surve piirkond," sõnas naine. "Kui oleks ainult positiivse rõhuga piirkond, jätkaks prooton laienemist ja see ei oleks stabiilne."
Väga suur arvutus
Kuid nii suur kui see surve on, ei saa teadlased enamikul juhtudel neid otseselt mõõta. Prootonite sisemuse sondimiseks pommitavad teadlased neid väga suure energiatarbega ühtlasemate elektronidega. Selle käigus muudavad nad prootoneid. Ükski teadaolev eksperiment ei suuda paljastada, mis see on nagu prooton sees madala energiaga, mida nad tavaliselt kogevad.
Nii tuginevad teadlased kvantkromodünaamika (QCD) teooriale - see kirjeldab kvarke ja tugevat jõudu kandvaid gluoone, mis neid omavahel seovad. Teadlased teavad, et QCD toimib, kuna suure energiatarbega katsed täidavad selle ennustusi, ütles Detmold. Kuid madala energiatarbega peavad nad usaldama matemaatikat ja arvutusi.
"Kahjuks on analüütiliselt väga raske uurida, kirjutades võrrandid pliiatsi ja paberiga," ütles Shanahan.
Selle asemel pöörduvad teadlased keerukate võrrandite lahendamiseks superarvutite poole, mis ühendavad tuhandeid protsessori südamikke.
Isegi kui kaks superarvutit koos töötasid, kulusid arvutused umbes aasta, ütles ta.
Shanahan ja Detmold purustasid prootonid selle erinevatesse mõõtmetesse (kolm ruumi ja üks aja jaoks), et lihtsustada superarvutite poolt lahendatavat probleemi.
Üksiku numbri asemel näeks saadud survekaart noolte väljana, kõik erineva suurusega ja eri suundades.
Niisiis, vastus küsimusele "Milline on rõhk prootoni sees?" sõltub palju sellest, millist prootoni osa te küsite.
See sõltub ka prootoni raadiusest. Kui prootonid on glükoonide ja kvarkide kotid, siis need kotid kasvavad ja kahanevad, sõltuvalt teistest neid mõjutavatest osakestest. Nii et Shanahani ja Detmoldi tulemused ei lange ühe numbrini.
Kuid nüüd on meie kaardid kõigi meie sees olevate pisikeste keeva maailma äärmuste kohta palju erksamad.
