Експеримент OLYMPUS дозволив вченим з’ясувати деякі тонкощі будови протонів

Для вивчення особливостей двуфотонная обміну група дослідників протягом семи років займалася проведенням експерименту під назвою OLYMPUS

Протягом багатьох років вчені-фізики досліджували будову позитивно заряджених субатомних частинок, протонів, бомбардуючи їх потоком електронів і реєструючи інтенсивність їх відображення під різними кутами. Таким чином вченим вдавалося визначити картину розподілу електричного заряду і магнітні властивості частинки. В ході цих експериментів було з’ясовано, що розподіл електричного заряду і магнетизму частки майже повністю збігаються. Починаючи з 2000-х років, дослідники почали використовувати в своїх експериментах поляризовані промені електронів, це дозволило значно збільшити роздільну здатність експериментів і призвело до низки досить значущих відкриттів.

Одним з вищезазначених відкриттів стало те, що під час зіткнення протона і електрона відбувався так званий фотонний обмін, але пізніше стало відомо, що в деяких випадках в цьому фотонному обміні бере участь не один, а два фотона одночасно, що призводить до появи нерівномірностей розподілу електричного заряду. Згідно з розробленою на основі експериментальних даних, обидва участвуючі в обміні фотони повинні бути “твердими”, тобто високоенергетичними фотонами.

Для вивчення особливостей двуфотонная обміну група дослідників з лабораторії Ядерної фізики (Laboratory for Nuclear Science) Массачусетського технологічного інституту протягом семи років займалася проведенням експерименту під назвою OLYMPUS. Цей експеримент проводився на синхротронного електронному прискорювачі German Electron Synchrotron (DESY) в Гамбурзі, Німеччина, і в його результатах містяться докази того, що під час взаємодії електрон-протон дійсно відбувається обмін двома фотонами.

Однак, на відміну від теоретичних прогнозів, результати експерименту OLYMPUS говорять про те, що під час обміну тільки один з фотонів є високоенергетичними, у другому фотоні укладено зовсім невелика кількість енергії в порівнянні з першим.

Отримання експериментальних результатів було пов’язане з багатьма труднощами. Вченим довелося демонтувати цілий спектрометрический комплекс BLAST, датчик якого має обсяг в 125 кубічних метрів, і перевезти його з Массачусетського технологічного інституту в Німеччину. Під час остаточного монтажу датчик і супутнє йому обладнання пройшли модернізацію, яка дозволила поліпшити їх параметри.

Експеримент OLYMPUS проводився паралельно з ще двома подібними експериментами, одним в США і другим – в Росії. В даному випадку протони бомбардувалися променями негативно заряджених електронів і позитивно заряджених позитронів. А реєстрація різниці між взаємодіями двох видів дала вченим в руки більшу кількість цінної інформації.

Порівняльні дані збиралися протягом трьох місяців, а на аналіз зібраного масиву інформації потрібно вже три роки. Виявлена різниця між теорією і практикою означає, що майбутні експерименти повинні проводитися на ще більш високому рівні енергії, там, де ефект двуфотонная обміну повинен проявлятися з більшою силою.

У найближчому майбутньому вчені з Массачусетського технологічного інституту планує вивчити реакцію наукового фізичного співтовариства на отримані ними результати. “Може статися так, що хто-небудь вкаже нам якусь дрібну деталь, наявність якої призведе до згоди теорію і практику на рівні низької, середньої і високої енергії” – пишуть дослідники, – “Тоді і стане ясно, яким повинен бути наш наступний крок. якщо ми не знайдемо відсутню “сполучна ланка”, то ми продовжимо шукати його далі, а якщо це ланка буде знайдено, то нам буде потрібно отримати додаткові експериментальні докази “.