Физики описали структуру нейтрона и антинейтрона на самом пороге их рождения

Ранее структура нейтрона и его античастицы (антинейтрона) при энергии около 1 МэВ от порога реакции экспериментально не измерялась. Известно было лишь то, что структура у них одинаковая и измеряются они одновременно. У физиков ИЯФ СО РАН имеется уникальный инструмент — коллайдер ВЭПП-2000, который сегодня является самым интенсивным источником монохроматических антинейтронов. Многие другие коллайдеры также производят огромное количество антинейтронов, но они плохо регистрируются и обладают произвольной энергией. На электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000 с детектором СНД физикам ИЯФ СО РАН удается получать четкие события рождения пар нейтрон-антинейтрон с известной энергией.

«Антинейтрон, как и нейтрон, состоит из кварков и глюонов, — рассказал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Середняков. — Нейтрон можно представить, как кастрюлю с кипящим компотом, где ягоды — это кварки, а жидкость — глюоны. Изучение структуры нейтрона — это изучение взаимодействия кварков с кварками, кварков с глюонами и глюонов с глюонами. Очень важно то, что на пороге реакции, когда относительная скорость родившихся частиц маленькая, структуру нейтронов и антинейтронов никто не изучал. Более того, у нас не было четкого теоретического указания, что мы увидим в эксперименте».

Структура частицы описывается функцией, так называемым электромагнитным формфактором, который определяется движением электрических зарядов кварков и глюонов внутри частицы. Фактически, формфактор является самой важной измеряемой величиной. В разных работах предсказывались разные значения формфактора на пороге реакции, и только измерения могли поставить точку в этом вопросе. Своим экспериментом на ВЭПП-2000 с детектором СНД специалисты ИЯФ СО РАН эту точку поставили.

«Движение электрических зарядов внутри нейтрона и антинейтрона в среднем одинаковое — они у нас рождаются одновременно и формфактор у них единый. Годом ранее появились аналогичные данные с детектора BESIII, где, кстати, участвуют также сотрудники ИЯФ. Но их данные относятся к более высоким энергиям, где уже начинают работать асимптотические предсказания. Однако в наиболее интересной области — на пороге рождения нейтрон-антинейтронных пар — экспериментальных данных не было, и мы заполнили этот пробел. Дальше полезна будет верификация наших результатов, проведение экспериментов на других установках. В ближайшие время наши коллеги сделают измерение на другом детекторе ИЯФ СО РАН — КМД-3, и это будет момент истины! Но уже сейчас наши результаты стыкуются с результатами китайского эксперимента BESIII при более высоких энергиях. В нашем институте также ведется работа по теоретическому обоснованию величин полученных формфакторов. Отмечу, что расчетное значение на пороге было очень близко к экспериментальному».

По словам ученого, число произведенных антинейтронов на ВЭПП-2000 может достичь величины полмиллиона в год:«Это даст возможность произвести более точные измерения обоих формфакторов (электрического и магнитного) антинейтрона, а также измерять сечения взаимодействия (упругое и неупругое) антинейтронов с разными веществами. Эти новые данные несомненно будут востребованы».