Понимание структуры адронов — протонов, нейтронов и других частиц — одна из главных задач современной физики. Внутри них скрываются кварки и глюоны, вместе называемые партонами. Их поведение описывают функции распределения партонов (ФРП) — математические модели, показывающие, с какой вероятностью партон унесет долю *x* от общего импульса адрона. Раньше ФРП вычисляли, подгоняя под данные экспериментов, но теперь ученые хотят рассчитывать их с нуля, без опоры на готовые измерения.

Партоны взаимодействуют через сильное взаимодействие, которое описывает квантовая хромодинамика (КХД). Прямые расчеты в КХД почти невозможны из-за ее сложности, но помогает метод решеточной КХД — он заменяет пространство-время на дискретную сетку. Однако ФРП определены в светоподобных координатах (где время движется вперед), а решеточная КХД работает в евклидовом пространстве (где время — просто четвертая ось). Это создает проблему.

Чтобы обойти ее, придумали два метода:

• Короткодистанционное разложение (КДР) — анализ партонных корреляций на малых расстояниях.
• Эффективная теория большого импульса (ЭТБИ) — расчеты ФРП при высоких, но конечных импульсах, с последующей «коррекцией» под истинные значения.

Профессор Сяндун Цзи из Университета Мэриленда, создатель ЭТБИ, сравнил оба подхода.

ЭТБИ и КДР дополняют друг друга, — объясняет он. — Первый дает точные данные в среднем диапазоне *x*, второй — глобальные ограничения для крайних значений.

Исследование опубликовано в журнале Research.

На примере пионов Цзи показал, как комбинировать методы: ЭТБИ дал точные предсказания при *x* = 0.1–0.7, а для больших *x* помогли модели с учетом КДР. Результаты совпали с экспериментами ANL/BNL. Такой гибридный подход ускорит расчеты ФРП и улучшит предсказания для коллайдеров вроде БАК, где ищут новые частицы.

Польза исследования

• Для теории: Уточнение ФРП поможет проверить КХД в нелинейных режимах, где сейчас много предположений.
• Для экспериментов: Более точные предсказания для столкновений на БАК — меньше «шума» в данных, выше шанс обнаружить аномалии.
• Для технологий: Методы решеточной КХД, отработанные на ФРП, пригодятся в моделировании кварк-глюонной плазмы (например, для термояда).

Отметим, что ЭТБИ требует огромных вычислительных ресурсов даже для простых адронов вроде пионов. Для тяжелых частиц (например, протонов) погрешности могут оказаться неприемлемыми. Кроме того, «сшивка» ЭТБИ и КДР пока делается вручную — нужен универсальный алгоритм.

Ранее ученые впервые перевезли протоны в автономной ловушке.