Pewien zasłużony bloger ( ponad trzy bańki odsłon) ,w tytule swego interesujacgo artykułu zadał pytanie : " "Czym jest materia ?",by po dwóch dniach zamienić je na pytanie wcale nie równoważne : "Co to jest materia? "
Pytanie "Czym jest materia" sugeruje , że obok materii jest jeszcze coś innego w przyrodzie i że materia może być czymś innym niż sądzimy. Druga wersja pytania zamienia fizykę na filologię, a fizyków na filologów,albowiem termin "materia" zostanie zastąpiony jakimś innym terminem.
Pytanie : 'Co to jest?' w odniesieniu do leżącego na moim biurku małeńkiego tranzystorka ma sens, natomiast pytanie: "Co to jest elektron? ",jest bez cienia sensu na gruncie fizyki ,gdyż uruchomia filologię, czyli zabawę w różne języki i ich translację.
Oto jak odpowiedzieli niedawno na pytanie: "czym jest materia" ? fizycy amerkańscy, specjaliści z działu High Energy Physics (HEP).
Badania empiryczne nad strukturą nukleonów ( w tym protonu ) aktualnie prowadzą dwa kraje : USA oraz Chiny. W CERN-ie ( czyli w UE) zaplątali się we własne nogi : mają bowiem idee fix, odkrywania nowych cząstek elementarnych ,więc ciągle roją im się nowe potężniejsze akceleratory i owe wizje miliardów euro do tego, i to ostatnie stanowi ich aktualne badania.
Tymczasem strukturę protonu można badać baz kasy miliardowej i bez akceleratorów o tunelach tysięcy kilometrów i kosmicznych rozmiarów oraz mocy elektromagnesach.
Po raz pierwszy w maju 2018 roku amerykańscy fizycy z Narodowego Funduszu Akceleracji Thomas Jefferson Departamentu Energii USA,zmierzyli rozkład ciśnienia wewnątrz protonów. . Wydarzenie to ma wielkie znaczenie dla współczesnej wizji wszechświata budowanej w postępie i odkryciach nauk przyrodniczych(do czego wrócę później).
Już od końca lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku wiadomo jest, że proton jest zbudowany z trzech kwarków: dwóch górnych u u,oraz jednego dolrnego d , poączonych oddziaływaniem silnym,którego nośnikami są gluony.Górny kwark ma ładunek elektryczny +2/3e , a dolny -1/3e.
Grupa badawcza z Narodowego Funduszu Akceleracji im.Thomasa Jeffersona użyła do pomiaru ciśnienia wewnątrz protonu, wiązki elektronów, którą wstrzeliwała do środowiska w postaci zbioru atomów wodoru. .Jądro atomu wodoru jest poprostu protonem. Elektrony oddziaływały tylko z kwarkami wewnątrz protonów. .
Charakter rozproszenia elektronów wewnątrz protonów, pozwolił następnie na uzyskanie przestrzennego rozkładu ciśnienia.Wynik był niezwykły :
w protonie istnieje rdzeń,centrum najwyższego ciśnienia ! Jego zmierzona wartość jest kilkanascie razy większa od ciśnienia we wnętrzu gwiazdy neutronowej !Orientacja natomiast tego ciśnienia jest radialna i od środka.To monstrualne ciśnienie rdzenia rozpycha od środka proton.
Dlaczego więc ta cząstka istnieje?
Prace tej grupy eksperymentalnej,o zaskakujacym wyniku, w postaci odkrycia, że proton tworzący na Ziemi najbardziej trwałe substancje, sam w sobie jest niewyobrażalną kumulacją ciśnienia rozdymającego ten mikrosopowy byt ,stały się inspiracją do badań symulacyjnych, obliczeniowych na superkomputerach, dwojga fizyków: P. E. Shanahan (Centrum Fizyki Teoretycznej, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge,USA ) oraz, W. Detmolda(Perimeter Institute for Theoretical Physics, Waterloo, Ontario, Canada).
Raport ztych badań , praca teoretyczna o strukturze ciśnienia w protonie [1],poszerzajaca i uzupełniajca eksperymet amerykańskiej grupy z Narodowego Funduszu Akceleracji im.Thomasa Jeffersona .
W modelu symulacyjnym protonu, P. E. Shanahan , W. Detmold zastosowali tzw.kratową wersję chromodynamiki kwantowej czyli chromodynamikę kwantową poddaną "digitalizacji", Jest to nieperturbacyjne podejście do QCD i operuje się w nim dyskretnym zbiorem punktów czasoprzestrzennych (zwanych kratą) w celu zredukowania trudnych analitycznie całek po trajektoriach , do bardzo złożonych obliczeń, które można jednak wprowadzić do superkomputera, takiego np. jak QCDOC.
W bogtatym programie symulacyjnym uzyskano również rdzeń kwarkowo-gluonowy hiper-wysokiego ciśnienia, którego działanie wypycha kwarki na całą strukturę protonu. Otrzymane wyniki obliczeń symulacyjnych ciśnienia rozpychającego były zbliżone do tych,uzyskanych przez zespół eksperymentalny,ale graf rozkładu przestrzennego ciśnień był nieznacznie przesunięty w stosunku do doświadczalnego.
Jednak dodatkowo ( czego w rzeczywistym eksperymencie z rozpraszaniem elektronów na kwarkach nie stwierdzono) okazało się, że obszar otaczający rdzeń, obszar krawędzi,brzegu protonu, działa ciśnieniem przeciwnym - popychającym je do wewnątrz.
Substancje trwałe na Ziemi ( a hipotetycznie- wszystkie we wszechświecie dostępnym poznaniu naszemu ) tworzy proton,wspólnie z neutronem. Według odkrycia opisanego, proton powinien eksplodować i zniknąć, ponieważ jego rdzeń wywiera rozpychające ciśnienie o wielkości monstrualnej.Tak się nie dzieje, gdyż z obszarów brzegowych wychodzi równoważące ciśnienie ściskające rdzeń.Czyje upodobanie i wnikliwa myśl to powoduja i gwarantują?
Materia ziemska, oraz poznanego hipotetycznie wszechświata, istnieje na ostrzu igły, w stanie równowagi hiper-nietrwałej ciśnień we wnętrzu protonu. A powszechne przekonanie uznaje materię jako niezniszczalną podstawę bytu i brak jest na Ziemi zjawiska spontanicznego rozpadu protonu.W przyrodzie, to, co jest najbardziej pewne( materia)jest jednocześnie najbardziej zaryzykowane.Tak jaby największa pewność i nienaruszalność była na skraju przepaści.
Gdyby fraktalność była atrybutem ontologii wszechświata,to wszechświat nie musiałby pojawić się z nicości: wystarczyłby jeden proton i nieskończenie małe naruszenie hiper-nietrwałej równowagi ciśnień w jego wnętrzu,a bez wątpienia nastąpiłaby ekspansja czasoprzestrzeni i narastające jej przyspieszenie.
Poszukujemy cudowności i niezwykłości poza materią,w bytach niematerialnych.A może prawdziwym cudem jest zaistnienie materii? Nowa fizyka ucieka od materii,łaknie abstrakcji,pola , energii i mnogości wymiarów przestrzeni. A może nieskończoność zaklęta jest w fizyczności ,a nie w abstrakcji?
Literatura
[1] Burkert,Elouadrhiri,Girod-The pressure distribution inside the proton, Nature,
557(7705):396-399. doi: 10.1038/s41586-018-0060-z. 2018 May 16.
[2] P. E. Shanahan , W. Detmold,Pressure Distribution and Shear Forces inside the Proton,Phys. Rev. Lett. 122, 072003,22.02.2019,arXiv:1810.07589v2
