Onderzoekers hebben onlangs de straal van de protonmassa uit experimentele gegevens gehaald. Een onderzoeksgroep van het Institute of Modern Physics (IMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) presenteerde een analyse van de protonmassastraal in Fysieke beoordeling D op 11 mei. De straal van de protonmassa is vastgesteld op 0,67 ± 0,03 femtometers, die duidelijk kleiner is dan de ladingsstraal van het proton.

In het standaardmodel, het proton is een samengesteld deeltje gemaakt van quarks en gluonen en heeft een grootte die niet nul is. De straal van het proton is een globale en fundamentele eigenschap van het proton. Het is gerelateerd aan de kleurbeperkingsradius - een eigenschap die wordt bepaald door kwantumchromodynamica (QCD).

De straal van het proton is ongeveer 100, 000 keer kleiner dan die van het atoom, en de afmetingen van de quark en het gluon zijn enkele orden kleiner dan de protonstraal. Wetenschappers gebruiken verschillende distributies om de vorm van het proton te beschrijven, zoals ladingsverdeling en massaverdeling.

De ladingsstraal van het proton is nauwkeurig gemeten door wetenschappers via Lamb-verschuiving van de muonische waterstof of de hoge energie elektron-proton elastische verstrooiing, met de gemiddelde waarde van 0,8409 ± 0,0004 femtometers geleverd door de Particle Data Group. Hoe dan ook, kennis van proton gravitatie eigenschappen zoals proton massa straal is nog steeds zeer beperkt.

"Volgens recente theoretische studies van Dmitri Kharzeev, de straal van de protonmassa is gerelateerd aan de scalaire gravitatievormfactor van het proton, " zei dr. Wang Rong, eerste auteur van het artikel. Door de fotoproductiegegevens van vectormesonen voor omega te onderzoeken, phi en J/psi van het SAPHIR-experiment (Spectrometer Arrangement for PHoton Induced Reactions) aan de Universiteit van Bonn, het LEPS-experiment (Laser Electron Photons) in de SPring-8-faciliteit, en het GlueX-experiment bij Jefferson Lab, de onderzoekers bepaalden de scalaire gravitatievormfactor en de protonmassastraal.

In de tussentijd, Prof. Dmitri Kharzeev, een theoretisch fysicus aan de Stony Brook University, een vergelijkbaar resultaat verkregen door gebruik te maken van GlueX J/psi-gegevens. De straal van de protonmassa werd geschat op 0,55 ± 0,03 femtometers.

"Beide resultaten kunnen de allereerste waarden zijn van de protonmassastraal met experimenteel bewijs, " zei Wang. "De bepaling van de straal van de protonmassa zal ons begrip van de oorsprong van protonenmassa en het mechanisme van kleurbeperking van sterke interactie verbeteren."

Er blijven nog veel vragen over. "De kleinere massastraal impliceert dat de massaverdeling significant verschilt van de ladingsverdeling van het proton, " zei prof. Chen Xurong, een onderzoeker bij IMP.

Wetenschappers proberen nu een duidelijker beeld te krijgen van de straal van de protonmassa en de protonstructuur. Het GlueX-experiment bij Jefferson Lab zal in de nabije toekomst meer gegevens opleveren. Nog spannender, toekomstige elektron-ion-versnellers, zowel in de Verenigde Staten als in China, zullen Upsilon vectormeson-elektroproductiegegevens leveren voor onderzoekers om deze vragen beter te begrijpen.