양성자는 원자의 핵을 구성하는 아원자 입자 중 하나입니다. 양성자는 작지만 쿼크로 알려진 훨씬 더 작은 아원자 입자로 구성되어 있으며, 위, 아래, 매력, 기묘, 진실, 사랑스러운 등 다양한 맛이나 유형이 있습니다.
양성자는 일반적으로 두 개의 업 쿼크와 한 개의 다운 쿼크로 구성된 것으로 간주됩니다. 그러나 새로운 연구는 상황이 훨씬 더 복잡할 수 있음을 보여줍니다.
양성자는 또한 질량이 양성자 자체의 질량을 초과하는 기본 입자인 매력 쿼크를 포함할 수 있습니다. 더 이상하게도, 양성자가 매력적인 쿼크를 포함할 때 무거운 입자는 여전히 양성자 질량의 약 절반을 운반합니다.
전체 발견은 양자 물리학의 확률론적 세계로 귀결됩니다. 매드 쿼크는 무겁지만 양성자에서 발생할 확률은 매우 낮기 때문에 큰 질량과 낮은 확률은 기본적으로 서로를 상쇄시킨다.
다시 말해, 매력 쿼크가 존재하더라도 매력 쿼크의 전체 질량은 양성자에 의해 흡수되지 않습니다.
양성자는 모든 물질을 구성하는 원자 구조의 핵심에 있지만 매우 복잡합니다.
물리학자들은 양성자의 기본 구조를 잘 모릅니다. 양자 물리학은 알려진 업 및 다운 쿼크 외에도 다른 쿼크가 때때로 양성자로 변할 수 있다고 믿고 있다고 밀라노 대학의 물리학자이자 네이처 저널에 발표된 새로운 논문의 저자인 스테파노 포르테(Stefano Forte)는 말합니다.
쿼크는 6가지 종류가 있습니다. 그 중 3개는 양성자보다 무겁고 3개는 더 가볍습니다. 매력적인 쿼크는 무거운 그룹 중에서 가장 가볍기 때문에 연구원들은 양성자가 자신보다 무거운 쿼크를 포함할 수 있는지 알아보기 위해 이 쿼크로 시작했습니다. 그들은 35년 간의 입자 충돌 데이터에 새로운 접근 방식을 적용하여 이를 수행했습니다.
아원자 입자와 기본 입자의 구조에 대해 알아보기 위해 연구원들은 제네바 근처에 위치한 세계 최대 가속기인 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)와 같은 입자 가속기에서 놀라운 속도로 입자를 서로 충돌시킵니다.
NNPDF 공동 작업의 과학자들은 1980년대부터 이 입자 파괴 데이터를 수집해 왔습니다. 충돌의 흔적을 관찰함으로써 물리학자들은 입자의 초기 상태를 재구성할 수 있습니다.
새로운 연구에서 과학자들은 이 모든 충돌 데이터를 구조가 어떻게 생겼는지에 대한 선입견 없이 패턴을 찾도록 설계된 기계 학습 알고리즘에 입력했습니다.
알고리즘은 가능한 구조와 실제로 존재할 수 있는 확률을 반환했습니다.
이 연구는 매혹된 쿼크를 발견할 가능성은 적지만 무시할 수 없는 것으로 밝혀졌다고 과학자들은 말합니다. 연구원들이 양성자에서 매력 쿼크의 부인할 수 없는 발견을 발표할 만큼 증거의 수준이 높지는 않았지만 그 결과는 그것이 거기에 존재할 수 있다는 첫 번째 확실한 증거라고 말합니다.
스테파노 포르테(Stefano Forte)에 따르면, 새로운 소립자를 발견하기 위해서는 물리학자들이 이론이 제시하는 것과 실제로 관찰되는 것 사이의 미묘한 차이를 찾아야 하기 때문에 양성자의 구조가 중요합니다. 이것은 아원자 구조의 극도로 정밀한 측정을 필요로 합니다.
현재로서는 물리학자들은 여전히 양성자 내부의 애매한 매력에 대한 더 많은 데이터가 필요합니다. 향후 실험이 이에 도움이 될 수 있습니다.
이번 연구는 네이처 저널에 게재됐다.
2022-08-22 16:02:41
작가: Vitalii Babkin