Ако сте се укрцали у Магиц Сцхоол Бус и почели да се смањујете - мањи од мрава или амебе или једне ћелије, а затим сте се смањивали све док појединачни атоми нису били велики као цели светови, па чак и њихове саставне честице надилазе вас - ући у свет који кључа огромним, конфликтним притисцима.
У средини протона, притисак већи од притиска који се налази унутар звезде неутрона, излетио би вас према ивици честице. Али на спољним границама протона, једнака и супротна сила би вас гурнула према центру протона. Уз пут, ударит ће вас ударне силе смицања које далеко превазилазе било коју особу коју ће икада доживјети у свом животу.
Нови рад, објављен 22. фебруара у часопису Пхисицал Ревиев Леттерс, нуди најцјеловитији опис конкурентских притисака унутар протона, не само у смислу његових кваркова - честица која протону дају његову масу - већ његових глуона, масне честице које вежу те кваркове заједно.
Ово кључаво, кључајуће квантно стање
Једноставни описи протона укључују само три кварка које држи гомол глуона. Али ти су описи непотпуни, изјавила је коауторица студије Пхиала Сханахан, физичарка са Массацхусеттс Институте оф Тецхнологи (МИТ).
"Протон се састоји од гноја глуона и заправо гомиле кваркова", изјавио је Сханахан за Ливе Сциенце. "Не само три. Постоје три главна кварка, а затим било који број кварк-антикварк парова који се појављују и нестају ... и све су то компликоване интеракције овог кључајућег, кључајућег квантног стања које стварају притисак."
Сханахан и коаутор Виллиам Детмолд, који је и физичар на МИТ-у, открили су да глуони производе приближно двоструко већи притисак него кваркови унутар протона, и да се тај притисак дистрибуира широм ширег подручја него што је то раније било познато. Открили су да протонски укупни притисак достиже 100 децилиона (или 1 са 35 нула после њега) паскале - или око 260 секстилијуна (или 26 са 22 нула након њега) више од притиска у центру Земље.
Критично је да притисак врши у два различита смера.
"Постоји област позитивног притиска, тако да мора постојати и регија негативног притиска," рекла је. "Да постоји само регион позитивног притиска, протон би се наставио ширити и он не би био стабилан."
Веома велика рачуница
Али колико год ти притисци били огромни, нема начина да их научници директно мере у већини околности. Да би испитивали унутрашњост протона, научници их бомбардују још ситнијим електронима при врло великим енергијама. У току процеса мењају протоне. Ниједан познати експеримент не може открити како је то унутар протона, при ниским енергијама које обично доживљавају.
Тако се научници ослањају на теорију квантне хромодинамике (КЦД) - која описује кваркове и снажне глуоне који носе снаге који их вежу заједно. Научници знају да КЦД делује зато што експерименти са високом енергијом дају његова предвиђања, рекао је Детмолд. Али при ниским енергијама морају да верују математици и прорачунама.
"Нажалост, тешко је аналитички проучавати, записати једначине с оловком и папиром", рекао је Сханахан.
Уместо тога, истраживачи се окрећу суперкомпјутерима који умрежавају хиљаде језгара процесора заједно како би решили компликоване једначине.
Чак и ако два супер-рачунара раде заједно, рачунање је трајало око годину дана.
Сханахан и Детмолд пробили су протон у његове различите димензије (три за простор, а једна за време) да би поједноставили проблем који су суперрачунари морали да реше.
Уместо једног броја, резултујућа мапа притиска изгледала би као поље стрелица, свих различитих величина и усмерена у различитим правцима.
Дакле, одговор на питање: "Који је притисак унутар протона?" пуно зависи од тога о ком делу протона се распитујете.
То такође зависи од полупречника протона. Ако су протони кесе од глуона и кваркова, те врећице расту и смањују се овисно о осталим честицама које делују на њих. Дакле, резултати Сханахан и Детмолд не своде се на један број.
Али сада су наше мапе крајности свих тих сићушних, врелих света унутар нас много живописније.
