По словам Руонана Ли, первого автора новой статьи и аспиранта Университета Темпл, измерения электрической поляризуемости протона показывают, насколько восприимчив протон к деформации или растяжению в электрическом поле. Подобно размеру или заряду, электрическая поляризуемость является фундаментальным свойством структуры протона.

Более того, точное определение электрической поляризуемости протона может помочь соединить различные описания протона. В зависимости от того, как его исследуют, протон может выглядеть как непрозрачная одиночная частица или как составная частица, состоящая из трех кварков, удерживаемых вместе сильной силой.

"Мы хотим понять субструктуру протона. И мы можем представить это как модель с тремя сбалансированными кварками посередине", - объяснил Ли. "Теперь поместите протон в электрическое поле. Кварки имеют положительные или отрицательные заряды. Они будут двигаться в противоположных направлениях. Таким образом, электрическая поляризуемость отражает то, насколько легко протон будет искажен электрическим полем".

Чтобы исследовать это искажение, физики-ядерщики использовали процесс, называемый виртуальным комптоновским рассеянием. Он начинается с тщательно контролируемого пучка энергичных электронов из ускорителя непрерывного электронного пучка Лаборатории Джефферсона, пользовательского объекта Управления науки Министерства обороны США. Электроны врезаются в протоны.

При виртуальном комптоновском рассеянии электроны взаимодействуют с другими частицами, испуская энергичный фотон или частицу света. Энергия электрона определяет энергию испускаемого им фотона, которая также определяет, как фотон взаимодействует с другими частицами.

Фотоны с более низкой энергией могут отскакивать от поверхности протона, в то время как фотоны с более высокой энергией будут взрываться внутри протона, взаимодействуя с одним из его кварков. Теория предсказывает, что когда эти фотон-кварковые взаимодействия будут нанесены на график от более низких до более высоких энергий, они сформируют плавную кривую.

Никос Спарверис, адъюнкт-профессор физики Университета Темпл и представитель эксперимента, сказал, что эта простая картина не выдерживает критики. Вместо этого измерения выявили пока необъяснимый бугорок.

"Что мы видим, так это то, что наблюдается некоторое локальное увеличение величины поляризуемости. Поляризуемость уменьшается по мере увеличения энергии, как и ожидалось. И в какой-то момент, похоже, он снова временно поднимается, прежде чем упасть", - сказал он. "Основываясь на нашем текущем теоретическом понимании, это должно следовать очень простому поведению. Мы видим нечто, что отклоняется от этого простого поведения. И это тот факт, который озадачивает нас в данный момент".

Теория предсказывает, что более энергичные электроны более непосредственно воздействуют на сильное взаимодействие, поскольку оно связывает кварки вместе, образуя протон. Этот странный всплеск жесткости, который физики-ядерщики теперь подтвердили в кварках протона, сигнализирует о том, что может действовать неизвестный аспект сильного взаимодействия.

"Есть кое-что, чего нам явно не хватает на данный момент. Протон - единственный стабильный составной строительный блок в природе. Так что, если мы упускаем там что-то фундаментальное, это имеет последствия для всей физики", - подтвердил Спарверис.

Физики сказали, что следующим шагом является дальнейшее изучение деталей этой аномалии и проведение точных зондов, чтобы проверить наличие других точек отклонения и предоставить больше информации об источнике аномалии.

"Мы хотим измерить больше точек при различных энергиях, чтобы представить более четкую картину и посмотреть, есть ли там какая-либо дополнительная структура", - сказал Ли.

Спарверис согласился.

"Нам также необходимо точно измерить форму этого улучшения. Форма важна для дальнейшего прояснения теории", - сказал он.