Недавнее исследование, проведенное под руководством профессора Чен Сюронга из Института современной физики (Institute of Modern Physics, IMP) Китайской академии наук (Chinese Academy of Sciences, CAS), позволило по-новому взглянуть на происхождение массы протона. С экспериментальной точки зрения исследователи предположили, что влияние тяжелых кварков на массу протона может быть больше, чем предполагалось.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review D 27 февраля 2024 года.

Нуклоны (протоны и нейтроны) составляют более % наблюдаемой массы Вселенной. Механизмы, лежащие в основе формирования массы нуклонов, тесно связаны с такими явлениями, как квантовая аномалия следа, конфайнмент и динамическое нарушение хиральной симметрии. Таким образом, изучение происхождения массы нуклонов является важной и глубокой темой исследований в области структуры нуклонов и квантовой хромодинамики.

В предыдущих исследованиях предполагалось, что масса протона в основном формируется за счет конституэнтной массы трех кварков: двух верхних () и одного нижнего () кварка, а вклад других ароматов кварков считается незначительным. Недавние исследования позволили предположить возможное присутствие более тяжелых кварков внутри протонов. Однако пока нет достаточных прямых экспериментальных доказательств, подтверждающих существенное влияние тяжелых кварков (странного кварка, очарованного кварка и прелестного кварка) на массу протона.

Установив связь между энергией квантовой аномалии протонов и полным массовым сигма-членом (включающим вклады легких и тяжелых кварков в массу протона), исследователи из IMP успешно извлекли массовый сигма-член из экспериментальных данных по припороговому фоторождению -векторного мезона.

Результаты показывают больший, чем ожидалось, сигма-член тяжелых кварков (странного кварка), приблизительно равный МэВ (дипольная аппроксимация) и МэВ (экспоненциальная аппроксимация), что составляет % от полной массы протона ( МэВ). Статистическая значимость ненулевого значения (экспоненциальная аппроксимация) достигает примерно 7 стандартных отклонений, что соответствует вероятности %.

Полученные значения вклада странного кварка в массу протона значительно превосходят предыдущие теоретические оценки и достигают около %. Более того, использование данных двух экспериментальных групп с помощью метода Колмогорова-Смирнова подтвердило совместимость сигма-члена, полученного из обоих наборов данных.

Проведенное исследование предлагает новые идеи для будущих исследований происхождения массы протонов, а также предоставляет новые данные для предстоящих исследований на электронно-ионных коллайдерах (EIC).