Uno studio condotto dal Prof. Chen Xurong presso l’Istituto di fisica moderna (IMP) dell’Accademia cinese delle scienze (CAS) ha fornito nuove informazioni sulle origini della massa del protone. Da un punto di vista sperimentale, i ricercatori hanno suggerito che l’influenza dei quark pesanti sulla massa dei protoni potrebbe essere maggiore di quanto inizialmente pensato dagli scienziati. I risultati sono stati pubblicati in Physical Review D il 27 febbraio.
I nucleoni, che comprendono protoni e neutroni, contribuiscono a oltre il 99% della massa osservabile dell'universo. I meccanismi alla base della massa del nucleone sono strettamente legati a fenomeni come l’anomalia della traccia quantistica, il confinamento del colore e la rottura dinamica della simmetria chirale. Pertanto, sondare le origini della massa del nucleone è un argomento di ricerca importante negli studi sulla struttura del nucleone e sulla cromodinamica quantistica.
In studi precedenti, è stato postulato che la massa di quark che risiedono all'interno dei protoni abbia origine prevalentemente dai suoi quark costituenti:due quark up e uno down, con i contributi degli altri tipi di quark considerati trascurabili. Recenti indagini hanno suggerito la possibile presenza di specie di quark più pesanti all'interno dei protoni. Tuttavia, non esistono prove sperimentali dirette sufficienti per confermare l'impatto sostanziale dei quark pesanti (quark strani, quark fascino e quark bellezza) sulla massa del protone.
In questo studio, stabilendo una relazione tra l'energia dell'anomalia quantistica dei protoni e il termine sigma totale (compresi i contributi dei quark leggeri e pesanti alla massa del protone), i ricercatori dell'IMP hanno estratto il termine sigma dai dati sperimentali con il mesone vettoriale vicino alla soglia foto- produzione.
Hanno rivelato un termine sigma di quark pesanti più grande del previsto, circa 337 MeV (adattamento del dipolo) e 455 MeV (adattamento esponenziale), che costituisce il 36%-48% della massa totale del protone (938 MeV). La significatività statistica del valore diverso da zero (adattamento esponenziale) raggiunge circa sette deviazioni standard (equivalenti a una probabilità del 99,999999999744%).
Inoltre, l'utilizzo dei dati di due gruppi sperimentali, con il metodo di test Kolmogorov-Smirnov, ha affermato la compatibilità del termine sigma estratto da entrambi i set di dati.
Questo studio offre nuove intuizioni per future indagini sulle origini della massa del protone e fornisce nuovi dati osservabili per la ricerca sui futuri collisori elettrone-ione (EIC).
Ulteriori informazioni: Wei Kou et al, Svelare la stranezza dei protoni:Determinazione del termine sigma di stranezza con significatività statistica, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.036034
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
