Международная группа учёных впервые создала детальную карту сил, действующих внутри протона, показав, как кварки – мельчайшие частицы материи – реагируют при столкновении с высокоэнергетическими фотонами.

«Мы использовали мощную вычислительную технику, называемую решёточной квантовой хромодинамикой, чтобы составить карту сил, действующих внутри протона», – рассказал заместитель заведующего кафедрой по учебной работе Школы физики, химии и наук о Земле, доцент Росс Янг. По его словам, этот подход разбивает пространство и время на мелкую сетку, позволяя моделировать, как сильное взаимодействие – фундаментальная сила, связывающая кварки в протоны и нейтроны – меняется в разных областях внутри протона.

Основные расчёты были проведены аспирантом Университета Аделаиды Джошуа Кроуфордом совместно с международными коллегами. «Наши результаты показывают, что даже на таких микроскопических масштабах действующие силы колоссальны – они достигают полумиллиона ньютонов в пространстве, гораздо меньшем атомного ядра», – отметил Кроуфорд.

Полученные карты сил предоставляют новый способ понимания сложной внутренней динамики протона, помогая объяснить его поведение при высокоэнергетических столкновениях, например, в экспериментах на Большом адронном коллайдере (БАК). БАК, построенный Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) в сотрудничестве с более чем 10 000 учёных из сотен университетов и лабораторий более чем 100 стран, является крупнейшим и самым мощным ускорителем частиц в мире.

Результаты исследования могут найти применение в протонной терапии – методе лечения опухолей, использующем высокоэнергетические протоны для точечного воздействия на раковые клетки при минимальном повреждении окружающих тканей. Визуализация невидимых сил внутри протона впервые соединяет теорию с экспериментом, открывая новые перспективы для развития науки и медицины.