Anton Antich

Итак, обещанное про Протон. Тут прямо все, о чем мы говорили последние месяцы - и вот это отвратительное «как всем известно» от верующих в науку ™, и sense of awe and wonder от прикосновения к загадкам вселенной, и еще более полное ощущение того, что на самом деле мы не знаем ничего.

Перед прочтением рекомендую освежить предыдущий физический пост про стандартную модель и «кирпичики» наблюдаемой вселенной. Вкратце, есть 4 фундаментальные силы, вся материя состоит из кварков (up and down), электронов и нейтрино, есть также частицы-носители сил - фотоны для электромагнитного, глюоны для сильного, W и Z бозоны для слабого, и бозон хиггса для массы элементарных частиц.

Тут есть один важный момент, который мы не затрагивали - оказывается, кварки, электроны и нейтрино - частицы материи - «рифмуются» три раза! То есть, вокруг нас все состоит из атомов и молекул образованных up and down quarks, электронов и электронных нейтрино. Но - есть такие же по всем свойствам частицы, отличающиеся только массой: для электрона это мюон и тау, для кварков charm / strange и top / bottom, и соответствующие нейтрино. Почему только три раза, зачем это и откуда - мы подробней рассмотрим в теории суперструн, а пока просто имейте эту «рифму» в виду. То есть, наивно теоретически могли бы существовать «протоны» из charm and strange quarks с мюонами летающими вокруг них, образующими «атомы» подобно нашим, но гораздо тяжелее, итп.

В целом, довольно стройная картина, и вот теперь протон.

Как известно, до 19 века «всем было известно», что атом - неделимый. Потом поняли что это протоны и нейтроны в ядре и электроны вокруг. Потом обнаружили кварки, и как я и писал прошлый раз, в новейшей «всем известной» картине мира протон - это два up и один down Quark, связанные между собой неразрывными «ниточками» глюонов, все просто и понятно.

Не тут то было!

По анализам экспериментов последних пары десятков лет, где исследовали бомбардировку протонов электронами, внутренняя структура протона гораздо сложнее этой примитивной картинки. А именно, в зависимости от энергии и момента электронов они протоном рассеиваются совершенно по разному, а так как рассеивает их не собственно протон, а то что у него внутри, мы можем эту картину восстановить.

Вот и восстановили - посмотрите видео и соответствующую картинку с тремя разными «состояниями» протона (хотя в реальности все эти три «состояния» существуют одновременно).

В первом случае (на видео в самом конце) мы видим те самые три кварка uud, пляшущие на веревочках глюонов, как все раньше и думали - что, впрочем, уже очень красиво.

Во втором (на видео в середине) - виден очень интересный эффект сильного взаимодействия. Как вы помните (а может быть и нет), сильное взаимодействие потому и сильное, что между двумя кварками, невозможно малыми частицами, оно составляет 10,000 ньютонов (или одна тонна), а если пытаться это глюонное соединение между ними разорвать, постоянно растягивая вкачкой дополнительной энергии - то она разрывается, но на концах образуется кварк и антикварк с точно такой же 10,000 ньютоновой струной между ними. Никак кварки в свободном виде увидеть нельзя - это называется color confinement.

Так вот, на этой средней картине ровно это и видно - постоянно рождающиеся и аннигилирующие кварк-антикварк пары в какомто завораживающем бесконечном танце разрывающихся глюонных нитей.

В третьем состоянии (на видео первое) протон - это и вовсе облако, океан глюонов, а кварки - чуть ли не следствие, пена на этом океане.

Ну и на закуску, в другой недавней работе, обнаружили еще более загадочный эффект. Даже на высокомоментных кварках протон выглядит то как нормальное, «всем известное» uud, то как своеобразная кварковая «молекула» из пяти кварков - uud + charm Quark / antiquark (см последнюю картинку). Почему это удивительно? Потому что масса одного charm Quark гораздо больше «известной нам» массы протона.

Что такое протон?

Сто лет назад это была элементарная частица.

Десять лет назад это было три кварка uud.

Сегодня это - глюонное море с парой относительно ярко выраженных кварковых конфигураций, ставящих кучу новых вопросов, начиная с того, какая все-таки у протона масса?!

Что будет завтра?

Ну и чтобы два раза не вставать мое обязательное пинание в сторону невежд «мы все знаем» - именно поэтому все разговоры про AGI, в основном идущие от дата-аналистов из лагеря перемножателей матриц, очень смехотворно звучат. К тому, что происходит внутри мозга - в частности, нейрона - мы даже настолько не приблизились и знаем куда меньше, чем про протон. Который и то продолжает радовать загадками.