Een studie onder leiding van prof. Chen Xurong van het Institute of Modern Physics (IMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft nieuwe inzichten opgeleverd in de oorsprong van protonenmassa. Vanuit experimenteel oogpunt suggereerden de onderzoekers dat de invloed van zware quarks op de protonmassa groter zou kunnen zijn dan wetenschappers aanvankelijk dachten. De bevindingen zijn gepubliceerd in Physical Review D op 27 februari.

Nucleonen, bestaande uit protonen en neutronen, dragen bij aan meer dan 99% van de waarneembare massa van het universum. De onderliggende mechanismen voor de massa van nucleonen zijn nauw verbonden met verschijnselen zoals kwantumsporenanomalie, kleurbeperking en dynamische chirale symmetriebreuk. Daarom is het onderzoeken van de oorsprong van de nucleonmassa een belangrijk onderzoeksonderwerp in studies naar de structuur van nucleonen en de kwantumchromodynamica.

In eerdere studies is gepostuleerd dat de massa quarks die zich in protonen bevinden voornamelijk afkomstig is van de quarks waaruit ze bestaan:twee up-quarks en één down-quark, waarbij de bijdragen van andere quarktypen als verwaarloosbaar worden beschouwd. Recent onderzoek heeft de mogelijke aanwezigheid van zwaardere quarksoorten in protonen gesuggereerd. Toch is er onvoldoende direct experimenteel bewijs om de substantiële impact van zware quarks (vreemde quark, charm-quark en beauty-quark) op de protonmassa te bevestigen.

In deze studie hebben onderzoekers van IMP, door een relatie vast te stellen tussen de kwantumanomalie-energie van protonen en de totale sigma-term (inclusief bijdragen van lichte en zware quarks aan de protonmassa), de sigma-term geëxtraheerd uit experimentele gegevens met vectormeson dichtbij de foto-drempelwaarde. productie.

Ze onthulden een groter dan verwachte sigmaterm van zware quarks, ongeveer 337 MeV (dipoolfit) en 455 MeV (exponentiële fit), die 36% -48% van de totale protonmassa (938 MeV) uitmaken. De statistische significantie van de waarde die niet nul is (exponentiële aanpassing) bereikt ongeveer zeven standaardafwijkingen (wat overeenkomt met een waarschijnlijkheid van 99,999999999744%).

Bovendien bevestigde het gebruik van gegevens uit twee experimentele groepen, met de Kolmogorov-Smirnov-testmethode, de compatibiliteit van de sigma-term uit beide datasets.

Deze studie biedt nieuwe inzichten voor toekomstig onderzoek naar de oorsprong van protonenmassa, en biedt nieuwe observaties voor onderzoek naar de komende elektronen-ionenbotsers (EIC's).

Meer informatie: Wei Kou et al., Protonvreemdheid ontrafelen:bepaling van de sigma-term vreemdheid met statistische significantie, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.036034

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen