หากคุณขึ้นเรือ Magic School Bus และเริ่มหดตัว - มีขนาดเล็กกว่ามดหรืออะมีบาหรือเซลล์เดียวแล้วลดขนาดลงเรื่อย ๆ จนกว่าอะตอมเดี่ยวจะมีขนาดใหญ่ที่สุดในโลกทั้งโลก เข้าสู่โลกเดือดพล่านด้วยแรงกดดันมหาศาลที่ขัดแย้งกัน
ที่ใจกลางของโปรตอนแรงดันที่มากกว่าที่พบในดาวนิวตรอนจะพุ่งออกไปที่ขอบของอนุภาค แต่ที่ขอบเขตด้านนอกของโปรตอนแรงที่เท่ากันและตรงกันข้ามจะผลักคุณเข้าหาจุดศูนย์กลางของโปรตอน ระหว่างทางคุณจะถูกบุฟเฟ่ต์ด้วยแรงเฉือนที่เคลื่อนที่ไปด้านข้างซึ่งเกินกว่าสิ่งใดที่บุคคลหนึ่งคนใดจะได้สัมผัสในชีวิตของพวกเขา
กระดาษใหม่ที่ตีพิมพ์ในวันที่ 22 กุมภาพันธ์ในวารสาร Physical Review Letters นำเสนอคำอธิบายที่สมบูรณ์ที่สุดเกี่ยวกับแรงกดดันจากการแข่งขันภายในโปรตอนไม่ใช่แค่ในแง่ของควาร์ก - อนุภาคที่ให้มวลของโปรตอน - แต่เป็นกลูออน อนุภาคที่ไม่มีมวลที่ผูกควาร์กเหล่านั้นเข้าด้วยกัน
สถานะควอนตัมเดือดเดือดนี้
คำอธิบายง่ายๆของโปรตอนเกี่ยวข้องกับสามควาร์กที่จัดขึ้นโดยกลุ่มกลูออน แต่คำอธิบายเหล่านั้นไม่สมบูรณ์ Phiala Shanahan ผู้ร่วมเขียนการศึกษาของสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) กล่าว
“ โปรตอนนั้นประกอบไปด้วยกลูออนจากนั้นก็เป็นควาร์ก” ชานฮานบอกกับวิทยาศาสตร์ไลฟ์ "ไม่ใช่แค่สามคนมีสามควาร์กหลักจากนั้นคู่ของควาร์ก - แอนนิคควอร์ใด ๆ จำนวนมากที่ปรากฏและหายไป ... และมันเป็นปฏิกิริยาที่ซับซ้อนของฟองควอนตัมเดือดเดือดที่สร้างควอนตัม"
Shanahan และผู้ร่วมเขียน William Detmold ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ที่ MIT พบว่ากลูออนสร้างแรงกดดันได้มากถึงสองเท่าของควาร์กภายในโปรตอนและแรงดันนี้กระจายไปทั่วบริเวณที่กว้างกว่าที่เคยรู้จักมาก่อน พวกเขาพบว่าแรงดันรวมของโปรตอนนั้นสูงถึง 100 decillion (หรือ 1 กับ 35 ศูนย์หลังจากนั้น) pascals - หรือประมาณ 260 sextillion (หรือ 26 กับ 22 ศูนย์หลังจากนั้น) คูณแรงดันที่ใจกลางของโลก
วิกฤตความดันนั้นชี้ไปในสองทิศทางที่แตกต่างกัน
“ มีภูมิภาคที่มีแรงกดดันเป็นบวกดังนั้นจึงต้องมีบริเวณที่มีแรงกดดันเป็นลบด้วย” เธอกล่าว ถ้ามีเพียงบริเวณที่มีแรงดันเป็นบวกโปรตอนก็จะขยายตัวต่อไปและมันก็จะไม่เสถียร
การคำนวณที่ใหญ่มาก
แต่มีขนาดใหญ่เท่ากับแรงกดดันเหล่านั้นไม่มีวิธีใดที่นักวิทยาศาสตร์จะวัดพวกเขาโดยตรงภายใต้สถานการณ์ส่วนใหญ่ เพื่อตรวจสอบการตกแต่งภายในของโปรตอนนักวิทยาศาสตร์ระดมยิงด้วยอิเล็กตรอนคู่ที่มีพลังงานสูงมาก ในกระบวนการพวกเขาเปลี่ยนโปรตอน ไม่มีการทดลองใดที่ทราบแล้วว่าสามารถเปิดเผยได้ว่ามันเป็นอย่างไรภายในโปรตอนด้วยพลังงานต่ำที่พวกเขามักพบเจอ
ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงต้องพึ่งพาทฤษฎีของ Quantum Chromodynamics (QCD) - ซึ่งอธิบายควาร์กและกลูออนที่มีแรงยึดเหนี่ยวสูงซึ่งเกาะติดกัน นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า QCD ทำงานได้เพราะการทดลองพลังงานสูงนั้นคาดการณ์ไว้ Detmold กล่าว แต่พลังงานต่ำพวกเขาต้องเชื่อใจในคณิตศาสตร์และการคำนวณ
“ น่าเสียดายที่ยากมากในการศึกษาเชิงวิเคราะห์เขียนสมการด้วยปากกาและกระดาษ” Shanahan กล่าว
แต่นักวิจัยหันไปหาซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เครือข่ายแกนประมวลผลหลายพันรวมกันเพื่อแก้สมการที่ซับซ้อน
แม้ว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์สองเครื่องจะทำงานร่วมกัน แต่การคำนวณก็ใช้เวลาประมาณหนึ่งปี
Shanahan และ Detmold แตกโปรตอนออกเป็นมิติที่แตกต่างกัน (สามสำหรับอวกาศและหนึ่งครั้ง) เพื่อทำให้ปัญหาง่ายขึ้นที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ต้องแก้
แทนที่จะเป็นตัวเลขเดียวแผนที่ความดันที่ได้จะมีลักษณะเป็นลูกศรขนาดต่าง ๆ ทั้งหมดและชี้ไปในทิศทางที่แตกต่างกัน
ดังนั้นคำตอบของคำถาม "ความกดดันภายในโปรตอนคืออะไร" ขึ้นอยู่กับว่าส่วนใดของโปรตอนที่คุณถาม
นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับรัศมีของโปรตอน ถ้าโปรตอนเป็นถุงของกลูออนและควาร์กถุงเหล่านั้นจะเติบโตและหดตัวขึ้นอยู่กับอนุภาคอื่น ๆ ดังนั้นผลลัพธ์ของ Shanahan และ Detmold จึงไม่ทำให้จำนวนน้อยลง
แต่ตอนนี้แผนที่ของเราของสุดขั้วของโลกจิ๋วเหล่านี้ที่กำลังเดือดอยู่ภายในตัวเรานั้นมีความสดใสมากขึ้น
