Ученые из Лаборатории имени Джефферсона в Вирджинии, используя ускоритель электронов CEBAF (Continuous Electron Beam Accelerator Facility) и сложную математическую обработку данных, произвели вычисление значения давления внутри протона. Полученные ими результаты являются ошеломляющими, давление внутри протона превосходит давление внутри нейтронных звезд, которые, как известно, являются одними из самых плотных объектов во Вселенной.
Источниками столь высокого давления являются кварки, элементарные частицы, из которых и состоит протон. Величина этого давления составляет 10^35 Паскалей, что в 10^30 превышает нормальное атмосферное давление на уровне моря.
Вычисление значения давления потребовало целой серии математических расчетов, в которых фигурировали практически все известные параметры протона, включая и характеристику под названием гравитационный форм-фактор (gravitational form factor). Этот параметр получил свое название из-за того, что он проявляется и может быть измерен лишь при взаимодействии протона с гравитонами. К сожалению, ученым еще ни разу не удавалось наблюдать гравитоны "вживую", но их эквивалентом в некоторых случаях может стать пара фотонов света.
Измерения производились при помощи электронов, разогнанных ускорителем CEBAF, которые поражали цель, состоящую из жидкого водорода. Вместо столкновений электронов с протонами в данном случае происходили столкновения электронов с отдельными кварками, и в результате таких столкновения на свет появлялась дополнительная пара фотонов. И именно эта пара фотонов служила для измерения гравитационного форм-фактора протона, который, в свою очередь, использовался для вычислений внутреннего давления.
Что же дает нам знание сверхвысокого значения внутреннего давления протона? Это добавляет нам еще одну крупицу знаний об одной из самых важных элементарных частиц, ведь без них не существовало бы никаких атомов, молекул, нас и всего нас окружающего. Отметим, что совсем недавно другая группа из Лаборатории имени Джефферсона впервые произвела измерения еще одной характеристики протона - его "заряда" сил слабых ядерных взаимодействий.
Знание подобных параметров протона позволит физикам-теоретикам попытаться понять саму природу протона, корни которой уходят намного глубже уровня отдельных кварков. Давление, которое испытывают кварки внутри протона, является результатом их взаимного влияния, явления которое остается практически неизученным на сегодняшний день.
А исследователи из Лаборатории имени Джефферсона уже планируют проведение ряда очередных экспериментов по измерению некоторых других свойств протона, плюс измерению уже известных величин с целью увеличения их точности и снижения неопределенности.