Sekiranya anda naik bas Magic School dan mula menyusut - lebih kecil daripada semut atau amuba atau sel tunggal, dan kemudian terus menyusut sehingga atom tunggal sama besar dengan seluruh dunia, dan juga partikel konstituen mereka menawan anda - anda akan masukkan dunia yang menggelegak dengan tekanan yang besar dan bertentangan.
Di tengah proton, tekanan yang lebih besar daripada yang terdapat di dalam bintang neutron akan melemparkan anda ke arah tepi zarah. Tetapi di sempadan luar proton, daya yang sama dan bertentangan akan mendorong anda ke arah pusat proton. Di sepanjang jalan, anda akan terkejut dengan daya ricih yang bergerak jauh yang melebihi apa sahaja yang akan pernah anda alami sepanjang hayat mereka.
Satu kertas baru yang diterbitkan pada 22 Februari dalam jurnal Physical Review Letters, menawarkan penerangan yang paling lengkap mengenai tekanan yang bersaing di dalam proton, bukan hanya dari segi quarknya - zarah-zarah yang memberikan proton jisimnya - tetapi gluonnya, zarah-zarah beramai-ramai yang mengikat quarks bersama-sama.
Ini menggelegak, keadaan kuantum mendidih
Deskripsi ringkas proton melibatkan hanya tiga kuark yang dipegang bersama oleh sekelompok gluon. Tetapi penerangan itu tidak lengkap, kata pakar kajian bersama Phiala Shanahan, ahli fizik di Massachusetts Institute of Technology (MIT).
"Proton terdiri daripada sekumpulan gluon dan sebenarnya ada sekumpulan kuark," kata Shanahan kepada Live Science. "Tidak hanya tiga, ada tiga kuark utama, dan sebilangan besar pasangan quark-antiquark yang muncul dan hilang ... dan itu semua interaksi rumit yang menggelegak ini, keadaan kuantum didih yang menghasilkan tekanan."
Shanahan dan pengarang bersama William Detmold, yang juga seorang ahli fizik di MIT, mendapati bahawa gluon menghasilkan kira-kira dua kali lebih banyak tekanan kerana kuark di dalam proton, dan tekanan ini diedarkan di kawasan yang lebih luas daripada yang diketahui sebelum ini. Mereka mendapati bahawa jumlah tekanan proton mencapai 100 decillion (atau 1 dengan 35 zeros selepas itu) pascals - atau kira-kira 260 sextillion (atau 26 dengan 22 sifar selepas itu) kali tekanan di pusat Bumi.
Secara kritikal, tekanan itu dalam dua arah yang berbeza.
"Terdapat rantau tekanan positif sehingga perlu ada rantau tekanan negatif," katanya. "Sekiranya terdapat hanya kawasan positif tekanan proton akan terus berkembang dan ia tidak akan stabil."
Pengiraan yang sangat besar
Tetapi setakat yang tekanan itu, tidak ada cara untuk para saintis mengukur secara langsung mereka dalam kebanyakan keadaan. Untuk meneliti bahagian dalam proton, saintis membombardasikannya dengan elektron-elektron yang lebih rendah pada tenaga yang sangat tinggi. Dalam proses ini, mereka menukar proton. Tiada percubaan yang diketahui boleh mendedahkan apa yang ia seperti di dalam proton pada tenaga yang rendah yang biasanya mereka alami.
Oleh itu saintis bergantung kepada teori Quantum Chromodynamics (QCD) - yang menerangkan kuark dan gluon yang membawa kekuatan yang mengikat mereka bersama-sama. Para saintis tahu QCD berfungsi kerana eksperimen tenaga tinggi menanggung ramalannya, kata Detmold. Tetapi dengan tenaga yang rendah, mereka perlu mempercayai matematik dan pengiraan.
"Malangnya, sukar untuk dikaji secara analitikal, menulis persamaan dengan pen dan kertas," kata Shanahan.
Sebaliknya penyelidik berpaling kepada superkomputer yang beribu-ribu rangkaian prosesor-teras untuk menyelesaikan persamaan rumit.
Walaupun dengan dua buah superkomputer yang bekerja bersama-sama, pengiraan mengambil kira setahun, katanya.
Shanahan dan Detmold memecah proton ke dimensi yang berbeza (tiga untuk ruang, dan satu demi satu) untuk mempermudahkan masalah yang perlu dipecahkan oleh superkomputer.
Daripada nombor tunggal, peta tekanan yang dihasilkan akan kelihatan seperti medan anak panah, semua saiz yang berbeza dan menunjuk ke arah yang berbeza.
Jadi jawapan kepada soalan itu, "Apakah tekanan di dalam proton?" bergantung banyak pada bahagian proton yang anda tanyakan.
Ia juga bergantung kepada jejari proton. Jika proton adalah beg gluon dan quark, beg-beg tersebut tumbuh dan menyusut bergantung kepada zarah-zarah lain yang bertindak ke atasnya. Jadi keputusan Shanahan dan Detmold tidak merebus ke satu nombor.
Tetapi kini peta kita yang melampau semua dunia kecil yang mendidih di dalam kita jauh lebih jelas.
