Sihirli Okul Otobüsü'ne bindiğinizde ve bir karınca, bir amip veya tek bir hücreden daha küçük çekmeye başladıysanız ve daha sonra tek atomlar tüm dünyalar kadar büyük olana kadar ve kurucu parçacıkları üzerinizde yükselene kadar küçülmeye devam ederseniz - muazzam, çelişkili baskılarla dolu bir dünyaya girin.
Bir protonun merkezinde, bir nötron yıldızının içinde bulunandan daha yüksek bir basınç sizi parçacığın kenarına doğru fırlatacaktır. Ancak protonun dış sınırlarında, eşit ve zıt bir kuvvet sizi protonun merkezine doğru iter. Yol boyunca, herhangi bir insanın yaşamı boyunca deneyimleyeceği her şeyi aşan yanlara doğru hareket eden makaslama kuvvetleri tarafından tamponlanacaksınız.
22 Şubat'ta Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde yayınlanan yeni bir bildiri, sadece kuarklar (protona kütlesini veren parçacıklar) değil, gluonlar açısından da bir proton içindeki rakip baskıların en eksiksiz açıklamasını sunuyor. bu kuarkları birbirine bağlayan kütlesiz parçacıklar.
Bu köpüren, kaynar kuantum durum
Protonların basit tanımları, bir grup gluon tarafından bir arada tutulan sadece üç kuark içerir. Massachusetts Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde (MIT) fizikçi olan ortak yazar Phiala Shanahan, bu açıklamaların eksik olduğunu söyledi.
"Proton bir grup gluondan ve daha sonra aslında bir sürü kuarktan oluşuyor," dedi Shanahan Live Science'a. "Sadece üç değil. Üç ana kuark var ve sonra ortaya çıkan ve kaybolan herhangi bir sayıdaki kuark antikoark çifti var ... ve bu kabarcıklı, kaynayan kuantum durumunun baskıyı üreten karmaşık etkileşimleri."
Aynı zamanda MIT'de bir fizikçi olan Shanahan ve ortak yazar William Detmold, gluonların bir proton içindeki kuarklardan yaklaşık iki kat daha fazla basınç ürettiğini ve bu basıncın daha önce bilinenden daha geniş bir alana dağıldığını buldular. Bir protonun toplam basıncının 100 milyonda (veya sonrasında 35 sıfır ile 1) paskalın - ya da yaklaşık 260 sextilyonun (ya da ondan sonra 22 sıfır ile 26) Dünya'nın merkezindeki basıncın üstüne çıktığını buldular.
Kritik olarak, bu basınç iki farklı yönü gösterir.
"Pozitif basınç bölgesi var, bu yüzden negatif basınç bölgesi de olmalı" dedi. "Eğer sadece pozitif bir basınç bölgesi olsaydı, proton genişlemeye devam ederdi ve kararlı olmazdı."
Çok büyük bir hesaplama
Ancak bu baskılar ne kadar büyük olursa olsun, bilim insanlarının çoğu durumda bunları doğrudan ölçmeleri mümkün değildir. Protonların iç kısımlarını araştırmak için, bilim adamları onları çok yüksek enerjilerde çift katmanlı elektronlarla bombaladılar. Bu süreçte protonları değiştirirler. Bilinen hiçbir deney, genellikle yaşadıkları düşük enerjilerde bir protonun içindeki gibi bir şeyi ortaya koyamaz.
Bu yüzden bilim adamları, kuarkları ve onları birbirine bağlayan güçlü kuvvet taşıyan gluonları tanımlayan Kuantum Kromodinamik (QCD) teorisine güveniyor. Bilim adamları QCD'nin çalıştığını biliyor çünkü yüksek enerjili deneyler tahminlerini ortaya koyuyor, dedi Detmold. Ancak düşük enerjilerde, matematik ve hesaplamalara güvenmek zorundadırlar.
Shanahan, "Ne yazık ki, analitik olarak çalışmak, kalem ve kağıtla denklemler yazmak çok zordur." Dedi.
Bunun yerine araştırmacılar, karmaşık denklemleri çözmek için binlerce işlemci çekirdeğini birbirine bağlayan süper bilgisayarlara yöneliyorlar.
Birlikte çalışan iki süper bilgisayarla bile, hesaplamaların yaklaşık bir yıl sürdüğünü söyledi.
Shanahan ve Detmold, süper bilgisayarların çözmesi gereken problemi basitleştirmek için protonu farklı boyutlarına (uzay için üç ve bir zaman için) ayırdı.
Tek bir sayı yerine, ortaya çıkan basınç haritası, farklı boyutlarda ve farklı yönlere işaret eden bir ok alanı gibi görünecektir.
Peki, "Bir protonun içindeki baskı nedir?" büyük ölçüde protonun hangi kısmına sorduğunuza bağlıdır.
Protonun yarıçapına da bağlıdır. Protonlar gluon ve kuark poşetleri ise, bu poşetler kendilerine etki eden diğer parçacıklara bağlı olarak büyür ve küçülür. Bu yüzden Shanahan ve Detmold'un sonuçları tek bir sayıya kaynamıyor.
Ama şimdi içimizdeki bu küçük, kaynar dünyaların uç noktalarına dair haritalarımız çok daha canlı.
