Сибирские учёные объяснили механизм изменения протона

Российские ученые смогли объяснить противоречие двух способов измерения внутренней структуры протона. Оказалось, что в нем происходит двухфотонный обмен, при котором электрон и протон взаимодействуют не одним, а сразу двумя фотонами. В области физики элементарных частиц этот вопрос считался одним из самых острых. Задача заключалась в том, чтобы объяснить причину расхождения между результатами двух разных методов измерения формфакторов протона — величин, характеризующих его внутреннюю структуру. Статья об эксперименте, в рамках которого было проведено первое прецизионное сравнение процессов рассеяния электронов и их античастиц (позитронов) на протонах, опубликована в журнале Physical Review Letters. 

Подробности работы рассказали в пресс-службе ТПУ. Для изучения электрических и магнитных формфакторов физики «обстреливают» протон электронами высокой энергии и измеряют параметры рассеянных частиц. Используют как обычные, так и поляризованные пучки электронов. 

Эксперименты первого типа еще в 1961 году были Нобелевской премией по физике, а измерения с поляризованными электронами были осуществлены только в нашем веке. Последние принесли неожиданные результаты, противоречащие классическим данным по формфакторам протона. Измерения, проведенные в Институте ядерной физики СО РАН новосибирскими, томскими и зарубежными специалистами, помогли растолковать это разногласие. 

Было высказано предположение, что противоречие можно объяснить, если в измерениях с неполяризованными пучками учесть так называемый «двухфотонный обмен», вкладом которого прежде пренебрегали. 

«При двухфотонном обмене налетающий электрон и протон мишени взаимодействуют путем обмена не одним, а сразу двумя виртуальными фотонами (переносчиками электромагнитного взаимодействия). Этот тонкий эффект зависит от знака электрического заряда рассеиваемой частицы и приводит к небольшому различию в том, как с протонами взаимодействуют электроны и их античастицы, позитроны. Мы выполнили самое точное на сегодня сравнение этих двух процессов и впервые наблюдали эффект двухфотонного обмена», — объяснил участник эксперимента, сотрудник ИЯФ Александр Грамолин.