Войти
 | Нерешенная проблема в физике :. Как кварки и глюоны переносят спин протонов? (другие нерешенные проблемы в физике) |
кризис спина протона (иногда называемый «головоломкой спина протона») - это теоретический кризис, вызванный экспериментом 1987 года, в котором пытались определить спиновую конфигурацию протона. Эксперимент проводился European Muon Collaboration (EMC).
Физики ожидали, что кварки несут весь протон спин. Однако не только полный спин протона, переносимый кварками, был намного меньше 100%, эти результаты согласовывались с почти нулевым (4–24%) спином протона, переносимым кварками. Этот удивительный и загадочный результат был назван «кризисом спина протона». Проблема считается одной из важных нерешенных проблем физики.
Ключевой вопрос заключается в том, как спин нуклона распределяется между составляющими его партонами (кварками и глюонами ). Компоненты спина протона - это математические ожидания отдельных источников углового момента. Эти значения зависят от шкалы перенормировки, поскольку их операторы отдельно не сохраняются. Первоначально физики ожидали, что кварки несут весь спин нуклона.
Протон состоит из трех валентных кварков (два верхних кварка и один нижний кварк ), виртуальных глюонов и виртуальных (или морских) кварки и антикварки (виртуальные частицы не влияют на квантовые числа протона). Основная гипотеза заключалась в том, что поскольку протон стабилен, то он существует на самом низком уровне энергии. Следовательно, ожидалось, что волновая функция кварка является сферически-симметричной s-волной без пространственного вклада в угловой момент. Протон, как и каждый из его кварков, является частицей со спином 1/2. Поэтому была выдвинута гипотеза, что два кварка имеют спины, параллельные протону, а спин третьего кварка противоположен.
В этом эксперименте EMC на кварк поляризованной протонной мишени попал поляризованный пучок мюона, и был измерен мгновенный спин кварка. В поляризованной протонной мишени спин всех протонов принимает одно направление, и поэтому ожидалось, что спин двух из трех кварков компенсируется, а спин третьего кварка поляризован в направлении спина протона. Таким образом, сумма спина кварков должна была быть равна спину протона.
Вместо этого эксперимент показал, что количество кварков со спином в направлении вращения протона было почти таким же, как количество кварков, спин которых был в противоположном направлении. Это кризис спина протона. Аналогичные результаты были получены в более поздних экспериментах.
Работа 2008 года показывает, что более половины спина протона обусловлено спином его кварков, а недостающий спин создается орбитальным угловым моментом кварков. В этой работе релятивистские эффекты используются вместе с другими квантовыми хромодинамическими свойствами и объясняется, как они сводятся к общему пространственному угловому моменту, который согласуется с экспериментальными данными. В работе 2013 года показано, как рассчитать вклад глюонной спиральности с помощью решеточной КХД. Недавние вычисления Монте-Карло показывают, что 50% спина протона обусловлено поляризацией глюона. Результаты 2016 г. RHIC показывают, что глюоны могут нести даже больше спина протонов, чем кварки.
