การหมุนของโปรตอน

ในทางฟิสิกส์ งบประมาณจะต้องมีความสมดุลเสมอ จำนวนของปริมาณทางกายภาพใดๆ ที่ด้านหนึ่งของสมการ  พลังงาน โมเมนตัม ประจุ และอื่นๆ จะต้องเท่ากับอีกด้านหนึ่ง ความไม่สมดุลใด ๆ หมายความว่าความเข้าใจของเราเกี่ยวกับธรรมชาติอาจไม่เป็นระเบียบ และในความเป็นจริงอาจบ่งบอกถึงการมีอยู่ของกฎ อนุภาค หรือแรงใหม่ ๆ เป็นเวลาเกือบสามทศวรรษที่นักฟิสิกส์ต้องเผชิญกับความไม่สมดุล

ที่ดื้อรั้น

เป็นพิเศษ ความเสี่ยงคือโมเมนตัมเชิงมุมภายในหรือ “สปิน” ของโปรตอน สปินเป็นคุณสมบัติทางกลเชิงควอนตัม คล้ายกับโมเมนตัมเชิงมุมของทรงกลมคลาสสิกที่หมุนบนแกนของมัน ยกเว้นว่ามันมาในหน่วยที่ไม่ต่อเนื่องกันของจำนวนเต็มหรือจำนวนเต็มครึ่งคูณด้วยħ โปรตอน เช่น อิเล็กตรอนและนิวตรอน 

มีสปินเท่ากับħ /2 หรือ “สปิน-1/2” ดังนั้นจงทำแต่ละควาร์กสามตัว การสรุปสปินของควาร์กเพื่อให้ได้สปินทั้งหมดของโปรตอนนั้นดูจะตรงไปตรงมา: ถ้าควาร์กสองตัวหมุนชี้ขึ้น ในขณะที่อีกอันชี้ลง สปินดาวน์จะยกเลิกหนึ่งในด้านบน และทั้งสองด้านของ สมการควรเหลือโมเมนตัมเชิงมุมเท่ากับħ /2

ยกเว้นมันไม่ง่ายอย่างนั้น ในปี 1988 ทำให้วงการฟิสิกส์ตกใจด้วยการประกาศว่าผลรวมของการหมุนของควาร์กสามตัวที่ประกอบกันเป็นโปรตอนนั้นน้อยกว่าการหมุนของโปรตอนมาก สิ่งนี้ไม่คาดคิดเพราะวิธีการสรุปได้ผลกับคุณสมบัติอื่นๆ ของโปรตอนหลายประการ ตัวอย่างเช่น ประจุไฟฟ้า +1 ของโปรตอน

สามารถคิดได้โดยการบวกประจุของควาร์กที่มีรสชาติ “ขึ้น” สองตัว (+2/3) เข้ากับควาร์ก “ลง” หนึ่งตัว (–1/3) (โปรดทราบว่าในที่นี้ “ขึ้น” และ “ลง” เป็นชื่อของควาร์กและไม่เกี่ยวข้องกับสปิน) อย่างไรก็ตาม นักวิจัยของ EMC ค้นพบว่าสปินสุทธิของควาร์กทั้งสามมีสัดส่วนไม่เกิน 24% ของโปรตอน 

สปินและอาจมีส่วนร่วมเพียง 4%  แทบไม่มีเลย กล่าวอีกนัยหนึ่ง แห่งมหาวิทยาลัยเซาท์แคโรไลนาในสหรัฐฯ กล่าวว่า “เป็นการสังเกตการณ์ที่ทำให้ทั้งโลกต้องตกตะลึง” “ทุกคนงุนงงกับมัน ทำไมแบบจำลองควาร์กที่เคยทำงานได้ดีจึงล้มเหลวอย่างเลวร้าย” อันที่จริง กล่าวว่าผลที่ได้ขู่ว่าจะบ่อนทำลาย

ควอนตัม

โครโมไดนามิกส์ (QCD) ซึ่งเป็นทฤษฎีที่นำเสนอในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ซึ่งอธิบายถึงวิธีการที่แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มกระทำระหว่างควาร์ก “ผู้คนประหม่า” เขาเล่า “มีการคาดเดาว่าการทดลองผิด หรือแม้แต่ QCD นั้นผิด” ความร้ายแรงของสถานการณ์ได้สรุปไว้ในชื่อที่นักฟิสิกส์ตั้งให้: “วิกฤตการหมุนวน” 

ลังเลที่จะละทิ้งแบบจำลองควาร์กเนื่องจากประสบความสำเร็จอย่างมากมาย นักวิจัยกลับอุทิศพลังงานของตนเพื่อค้นหาแหล่งที่มาทางเลือกของการหมุนของโปรตอน มีความเป็นไปได้หลายประการ มันอาจจะมาจากโมเมนตัมที่ได้จากควาร์กและกลูออน ซึ่งเป็นอนุภาคที่นำพาแรงนิวเคลียร์อย่างเข้มและ “กาว” 

ควาร์กเข้าด้วยกันภายในโปรตอนและนิวตรอน ขณะที่พวกมันหมุนรอบแกนหมุนของโปรตอน อย่างไรก็ตาม โมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรนี้วัดได้ยาก นักวิจัยหลายคนปักใจหวังกับทางเลือกอื่น: การหมุนของกลูออน (ดูรูปที่ 1 ด้านล่าง) กว่าจะได้ข้อมูลที่ดีเกี่ยวกับกลูออนสปินนั้นใช้เวลาเกือบ 20 ปี 

และเมื่อข้อมูลใหม่มาถึงในที่สุด ก็น่าผิดหวัง ในปี พ.ศ. 2551 นักฟิสิกส์ที่ทำงานเกี่ยวกับ ในนิวยอร์ก แสดงให้เห็นว่ากลูออนสปินมีส่วนช่วยในการหมุนของโปรตอนน้อยกว่าที่เคยเสนอไว้มาก ข้อมูล RHIC ตามมาด้วยผลลัพธ์ที่คล้ายกัน (แต่เชื่อถือได้น้อยกว่า) ที่ได้รับจากการทำงานร่วมกันที่ CERN 

เมื่อสองปีก่อน ดังนั้นจึงดูไม่เหมือนความบังเอิญ ห่างไกลจากการแก้ไขวิกฤต ผลลัพธ์ใหม่ขู่ว่าจะลึกลงไปอีก แต่ผลลัพธ์ของ RHIC มาพร้อมกับแถบข้อผิดพลาดขนาดใหญ่ ในช่วง 7 ปีที่ผ่านมา นักวิจัยพยายามที่จะลดข้อผิดพลาดเหล่านั้นโดยใช้ตัวเร่งที่อัปเกรดและตัวตรวจจับที่ได้รับการปรับปรุง 

ชุดข้อมูล

ที่ตามมาซึ่งรวมถึงผลลัพธ์ที่ได้รับจนถึงปี 2009 แสดงให้เห็นว่ากลูออนอาจมีส่วนสำคัญในการหมุนของโปรตอน ปีที่แล้ว นักทฤษฎีสองกลุ่มที่วิเคราะห์ข้อมูลเหล่านั้นแสดงให้เห็นว่า ความจริงแล้ว การมีส่วนร่วมอาจเข้าใกล้ครึ่งหนึ่งของการหมุนของโปรตอน หนึ่งในนักทฤษฎีเหล่านั้น เวอร์เนอร์ โวเกลซัง 

จากมหาวิทยาลัยทือบิงเกนในเยอรมนี ให้เหตุผลว่าการค้นพบนี้ทำให้เกิดความหวังว่าปริศนาของการหมุนที่หายไปอาจได้รับการไขในที่สุดขีดจำกัดของทฤษฎีตามหลักการแล้ว นักฟิสิกส์ต้องการคำนวณการหมุนของโปรตอน (และของนิวตรอน ซึ่งมีการขาดแคลนสปินที่คล้ายกัน) จากหลักการแรก 

น่าเสียดายที่ QCD ซับซ้อนเกินไปที่จะอนุญาตให้มีการคำนวณเชิงวิเคราะห์ ปัญหาพื้นฐานอยู่ที่ความแรงมหาศาลของแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม แรงอื่นๆ เช่น แรงแม่เหล็กไฟฟ้าหรือแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน มีโทษพอที่จะแสดงด้วยนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่ค่อนข้างง่าย ซึ่งเพิ่มการแก้ไขลำดับที่สูงกว่าเข้าไป

ส่วนหนึ่งจำเป็นต้องมีการแก้ไขจำนวนมากเพื่ออธิบายข้อเท็จจริงที่ว่ากลูออนเองมี “สี” ซึ่งเทียบเท่ากับประจุของ QCD ซึ่งหมายความว่ากลูออนสามารถทำปฏิกิริยากับตัวเองได้ ซึ่งแตกต่างจากโฟตอนที่ไม่มีประจุ กลูออนยังสลายตัวอย่างต่อเนื่องเป็นคู่ของควาร์กและแอนติควาร์ก ซึ่งเป็นผลมาจากหลักการ

ความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก: ในช่วงเวลาสั้น ๆ ความไม่แน่นอนในมวล-พลังงานจะมีขนาดใหญ่มาก ซึ่งหมายความว่าคู่ของอนุภาคและปฏิอนุภาคสามารถโผล่เข้าและออกจาก การดำรงอยู่. คู่ควาร์ก-แอนติควาร์กที่มีอายุสั้นเหล่านี้สามารถมีอิทธิพลอย่างมากต่อพฤติกรรมของโปรตอนในทฤษฎี QCD

ความซับซ้อนที่ไม่ธรรมดาของ QCD หมายความว่านักฟิสิกส์ต้องได้ค่าพารามิเตอร์สำคัญหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับสสารควาร์กจากการวัดเชิงทดลอง โดยไม่สามารถทำนายค่าเหล่านั้นในทางทฤษฎีได้ก่อน หนึ่งในประเภทการวัดที่สำคัญที่สุดที่จำหน่าย  และประเภทที่กระตุ้นให้เกิดวิกฤตการหมุน เรียกว่าการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นเชิงลึก เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการยิงอิเล็กตรอนพลังงานสูง 

Credit : เว็บสล็อตแท้ / สล็อตเว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์