Naukowcy z Thomas Jefferson National Accelerator Facility opublikowali wyniki, które mogą zmienić nasze rozumienie tej fundamentalnej cząstki. Używając zaawansowanego spektrometru CLAS12, zaobserwowali zjawiska, których współczesna fizyka nie potrafi w pełni wyjaśnić.
Proton jako klucz do zrozumienia materii
Proton stanowi fundament większości widzialnej materii we wszechświecie. Bez niego nie istniałyby atomy, gwiazdy ani planety. Mimo tak fundamentalnej roli, jego wewnętrzna struktura wciąż kryje wiele zagadek. Kyungseon Joo, profesor fizyki z University of Connecticut, podkreśla wagę tych badań dla zrozumienia natury kosmosu.
Podczas badań przy niższych energiach proton może przechodzić w stany wzbudzone, zwane rezonansami. To podobne zjawisko do różnych stanów energetycznych atomów, ale w skali subatomowej.
Nieoczekiwane wyniki z eksperymentu CLAS12
Spektrometr CLAS12 to prawdziwe cudo współczesnej technologii. Urządzenie to pozwala naukowcom badać protony w szerokim zakresie energii podczas pojedynczego eksperymentu, co wcześniej było technicznie niemożliwe.
Metodologia badania przypomina zaawansowaną grę w bilard. Wiązka elektronów oddziałuje z protonami, emitując wirtualne fotony. Daniel Carman z Jefferson Lab wyjaśnia, że zmniejszając długość fali tych fotonów, można zajrzeć coraz głębiej do wnętrza protonu.
Pierwsze absolutne przekroje czynne zmierzone przy energii wiązki 10,6 GeV wykazały imponującą precyzję. Średnia statystyczna niepewność wyniosła poniżej 1 procenta, a całkowita niepewność systematyczna 6,9 procenta.
Największym zaskoczeniem było utrzymywanie się rezonansów protonu przy wysokich transferach energii, co stoi w sprzeczności z dotychczasowymi teoriami. Sygnatury rezonansowe pozostawały wyraźnie widoczne w całym badanym zakresie energii.
Wyzwanie dla chromodynamiki kwantowej
Wyniki te stanowią poważny test dla chromodynamiki kwantowej (QCD) – teorii opisującej silne oddziaływanie między kwarkami i gluonami. To właśnie te siły odpowiadają za powstawanie protonów z bardziej elementarnych składników.
Czytaj także: Co za szczęście! Najrzadszy rozpad barionu w historii zaobserwowany w CERN
Nowe dane dostarczają informacji o ewolucji struktury protonu w szerokim zakresie skal odległości. Badanie prowadzone przez Valerii Klimenko zostało opublikowane w czasopiśmie Physical Review C 25 sierpnia 2025 roku.
Carman zauważa, że wyniki rzucą więcej światła nie tylko na sam proton, ale także na silne oddziaływanie, które leży u podstaw powstawania protonów z kwarków i gluonów. To fundamentalny cel współczesnej fizyki jądrowej.
Perspektywy dalszych badań
Jefferson Lab rozwija obecnie projekt High Performance Data Facility Hub o wartości ponad 300 milionów dolarów, który ma wspierać przyszłe badania. Równocześnie Zderzacze Elektronowo-Jonowe otrzymały zgodę na zamówienia długoterminowe, co oznacza kolejny krok w rozwoju technologii badawczych.
Wyniki z CLAS12 otwierają nowe możliwości badania rozkładów partonowych nukleonu przy dużych ułamkowych pędach. To szczególnie ważne dla zrozumienia przejścia między różnymi reżimami w chromodynamice kwantowej.
Odkrycie ma szersze implikacje dla zrozumienia powstawania materii z najbardziej elementarnych składników. Każdy krok w tej dziedzinie przybliża nas do odpowiedzi na fundamentalne pytania o naturę rzeczywistości, choć wciąż pozostaje wiele niewiadomych.
Wnioski z badań nad protonem
Przełomowe wyniki z Jefferson Lab pokazują, że nawet po stu latach badań proton wciąż potrafi zaskakiwać. Nowe dane nie tylko kwestionują dotychczasowe teorie, ale także otwierają drogę do głębszego zrozumienia sił kształtujących nasz wszechświat. Choć optymizm jest uzasadniony, warto zachować naukowy sceptycyzm — historia fizyki uczy, że każde nowe odkrycie przynosi kolejne pytania, na które odpowiedzi mogą wymagać lat badań.