Антикварк вносит позитивный вклад в спин протона

Спин является фундаментальной характеристикой элементарных частиц, подобно массе или электрическому заряду, и используется ежедневно в технологиях, в частности, в магнитно-резонансной томографии. Тем не менее, предыдущие исследования механизмов, лежащих в основе спина протона, не были понятны. Эксперимент на коллайдере релятивистских тяжелых ионов (RHIC) показал, как характеристики антикварка, входящего в состав протона, вносят вклад в его спин.

Загадка спина протона началась, когда в экспериментах в 1980-х годах изучались кварки и антикварки, оба входящие в состав протона (именно так написано в онлайновом журнале Nuclear Physics http://science.energy.gov/np/highlights/2015/np-2015-06-b/). Как сообщалось, измерения впервые обеспечили убедительные доказательства, что антикварки протона имеют поляризованный спин, что имеет важные последствия для понимания внутренней структуры протона и механизма, посредством которого антикварки появляются в протоне.

Протон является составной частицей, содержащий кварки различных типов, или "ароматов", которые связаны друг с другом посредством глюонов. Используя протон-протонные столкновения продольно поляризованных протонов на коллайдере релятивистских тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории, эксперимент STAR изучал, какой вклад в спин протона вносят кварки и антикварки. Кварки внутри протона исследовали с помощью переносчиков слабого взаимодействия, называемых W-бозонами. Анализ W-бозонов выявил значительную асимметрию числа получаемых W-бозонов, которая указывала на поляризации положительного up-антикварка и отрицательного down-антикварка в кинематической области, покрываемой RHIC (антикварки возникают при разрыве связей между кварками). Эта находка представляет собой важный шаг в понимании роли антикварков в протонах. В частности, она обеспечивает новую особенность в теоретических моделях, которые приписывают происхождение этих антикварков в протоне специфическим механизмам в рамках сильного ядерного взаимодействия, и эти ограничения будут только улучшены с помощью дополнительных данных RHIC. Это исследование возглавлялось физиками Массачусетского технологического института.

Детектор STAR измеряет энергию и угол электрона, рожденного в результате распада W-бозона, полученного при протон-протонном столкновении. Ученые используют эту информацию для определения того, как кварки и антикварки различных ароматов вносят свой вклад в спин протона