Ja jūs iekāpt Burvju skolas autobusā un sākat sarukt - mazāks par skudru, amēbu vai atsevišķu šūnu, un tad turpiniet sarukt, līdz atsevišķie atomi bija tikpat lieli kā veselas pasaules un pat to veidojošās daļiņas aizturēja virs jums - jūs gribētu ienākt pasaulē, kas burbuļo ar milzīgu, pretrunīgu spiedienu.
Protona centrā spiediens, kas ir lielāks nekā neitronu zvaigznes iekšpusē, jūs izsviestu daļiņas malas virzienā. Bet pie protona ārējām robežām vienlīdzīgs un pretējs spēks virzīs jūs pret protona centru. Pa ceļam jūs bufē ar sāniski virzāmiem bīdes spēkiem, kas ievērojami pārsniedz visu, ko jebkurš cilvēks var piedzīvot savas dzīves laikā.
Jauns raksts, kas publicēts 22. februārī žurnālā Physical Review Letters, piedāvā vispilnīgāko vēl konkurējošo spiedienu protona iekšpusē aprakstu, ne tikai attiecībā uz tā kvarkiem - daļiņām, kas protonam piešķir tā masu -, bet tā gluoniem, bezsvara daļiņas, kas saista šos kvarkus kopā.
Šis burbuļojošais, viršanas kvantu stāvoklis
Vienkārši protonu apraksti ietver tikai trīs kvarkus, ko satur ķekars gluonu. Bet šie apraksti ir nepilnīgi, sacīja pētījuma līdzautore Phjala Shanahan, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) fiziķe.
"Protonu veido ķekars gluonu un pēc tam faktiski kvarku ķekars," Šanahana stāstīja Live Science. "Ne tikai trīs. Tur ir trīs galvenie kvarki un pēc tam jebkurš skaits kvarka un antikvarda pāru, kas parādās un pazūd ... un tas ir viss sarežģītais šī burbuļojošā, viršanas kvantu stāvokļa mijiedarbība, kas rada spiedienu."
Šanahans un līdzautors Viljams Detmolds, kurš ir arī MIT fiziķis, atklāja, ka gluoni rada apmēram divreiz lielāku spiedienu nekā protoni iekšpusē esošie kvarki un ka šis spiediens ir sadalīts plašākā apgabalā, nekā iepriekš bija zināms. Viņi atklāja, ka protona kopējais spiediens sasniedz 100 deciljonus (vai 1 ar 35 nullēm pēc tā) paskālus - vai apmēram 260 sextillionus (vai 26 ar 22 nullēm pēc tā), kas reizes pārsniedz spiedienu Zemes centrā.
Kritiski, ka šis spiediens ir vērsts divos dažādos virzienos.
"Ir pozitīva spiediena reģions, tāpēc ir jābūt arī negatīva spiediena reģionam," viņa sacīja. "Ja būtu tikai pozitīva spiediena reģions, protons turpinātu paplašināties un tas nebūtu stabils."
Ļoti liels aprēķins
Bet cik milzīgs ir šis spiediens, zinātniekiem nav iespēju tos tieši izmērīt lielākajā daļā apstākļu. Lai pārbaudītu protonu iekšpusi, zinātnieki tos bombardē ar vēl lielākiem elektroniem ar ļoti lielu enerģiju. Procesa laikā viņi maina protonus. Neviens zināms eksperiments nevar atklāt, kas tas ir par protonu ar zemām enerģijām, kuras viņi parasti piedzīvo.
Tātad zinātnieki paļaujas uz kvantu hromodinamikas (QCD) teoriju - kas apraksta kvarkus un spēcīgos spēkus nesošos gluonus, kas tos saista. Zinātnieki zina, ka QCD darbi notiek tāpēc, ka eksperimenti ar lielu enerģijas patēriņu apstiprina tā prognozes, sacīja Detmolds. Bet ar zemu enerģiju viņiem ir jāuzticas matemātikai un aprēķiniem.
"Diemžēl ir ļoti grūti studēt analītiski, pierakstot vienādojumus ar pildspalvu un papīru," sacīja Šanahana.
Tā vietā pētnieki vēršas pie superdatoriem, kas apvieno tūkstošiem procesora kodolu kopā, lai atrisinātu sarežģītus vienādojumus.
Pat ja divi superdatori strādāja kopā, aprēķini prasīja apmēram gadu, viņa sacīja.
Šanahans un Detmolds sadalīja protonu dažādās dimensijās (trīs telpai un viens laikam), lai vienkāršotu problēmu, kas superdatoriem bija jāatrisina.
Viena skaitļa vietā iegūtā spiediena karte izskatās kā bultu lauks, visiem dažāda lieluma un norādītiem dažādos virzienos.
Tātad atbilde uz jautājumu: "Kāds ir spiediens protona iekšienē?" daudz atkarīgs no tā, par kādu protona daļu jūs jautājat.
Tas ir atkarīgs arī no protona rādiusa. Ja protoni ir glikonu un kvarku maisi, šie maisi aug un sarūk atkarībā no citām daļiņām, kas uz tiem iedarbojas. Tātad Šanahana un Detmolda rezultāti nesamazinās līdz vienam skaitlim.
Bet tagad mūsu visu šo mazo, vārīgo pasauļu galējību kartes mūsos ir daudz spilgtākas.
