Рис. 1. Схематичное изображение того, откуда может браться спин протона с точки зрения разных систем отсчета. Слева: в неподвижном протоне всё получается из спина трех кварков; в быстро летящем протоне влиять могут спины и орбитальные угловые моменты кварков и глюонов. Изображение из статьи arXiv:1212.1701
“Протон” теоретиков лженауки квантовой механики, это как бы частица вещества, но частица не имеющая собственной массы, получающая массу за счёт взаимодействия с измышленным “полем Хиггса”, одновременно этот “протон” это волна, имеющая массу, увеличивающуюся при ускорении, так же одновременно этот “протон” это три измышленных “кварка” соединённых “глюонами”, которых при ускорении становится всё больше и больше (см. рисунок).
Р
Все эти наукоподобные рассуждения адептов квантовой механики, понятное дело отвергать никто не имеет права, ибо показать реальный протон опровергатель не сможет. Но квантовая механика это куча постулатов, выраженных формулами, и адепт квантовой механики не может свои домыслы не сопровождать формулами. А вот с формулами для описания выше обозначенного “протона” просто беда.
Протон относится к фермионам, он имеет спин 1/2. Поскольку протон является составной частицей, его спин должен как-то возникать из характеристик составных частей. С неподвижным протоном всё просто: три кварка, тоже со спинами Sq = 1/2, но направленными в разные стороны, складываются так, чтобы их спины частично компенсировались и в сумме получилось снова 1/2 (см. рис. 1, слева). В принципе, кварки могли бы двигаться внутри протона, как это делают многие электроны в атоме, и тогда появился бы новый источник для протонного спина — орбитальный угловой момент Lq. Но, к счастью, для покоящегося протона всё просто: орбитальный угловой момент кварков равен нулю.
А как обстоит дело с быстро летящим протоном? Спин такого “протона” должен складываться из всех возможных источников. Теперь и кварки, и глюоны могут давать вклад в спин поляризованного протона, причем как за счет своего собственного, «личного» спина, (Sq и Sg), так и за счет возможного орбитального углового момента (Lq и Lg):
Sq + Lq + Sg + Lg = 1/2
И эта формула даёт самые разные результаты.
Кварков и глюонов в “протоне” одептов квантовой механики очень много; все они несут разные доли полного импульса протона и ориентированы немножко по-разному. Поэтому величина Sq в написанном выше выражении — это вовсе не спин одного кварка, а усредненное значение этого спина по всем кваркам. Аналогично и для других величин: все они представляют собой не характеристики отдельных частиц, а их усредненные значения. Кроме того, написанная выше формула относится не к полным векторам спина или орбитального момента, а к их проекциям на ось движения протона.
Кажется вполне естественным, что средний спин кварков всё равно получится близким к 1/2, также как и для покоящегося протона. Всё-таки мы сам протон не трогаем, мы просто переходим из одной системы отсчета в другую. Поэтому первоначальное ожидание физиков было простое: в написанной выше формуле почти вся половинка происходит из величины Sq, а остальные слагаемые будут если и не нулевые, то довольно маленькие.
А теперь — экспериментальные данные. Спин протона мы можем измерить напрямую, но как измерить спины или орбитальный момент кварков или глюонов по отдельности? Это очень непростая задача, ведь свойства кварков и глюонов можно почувствовать только косвенно, по характеристикам процесса столкновения протонов друг с другом или с электронами. В 1988 году коллаборация EMC в ЦЕРНе провела измерения некоторой спиновой характеристики мюон-протонного рассеяния и извлекла из них средний спин кварков в протоне. Данные EMC вообще допускали нулевой вклад. Эти результаты породили «кризис протонного спина» (proton spin crisis).
Большинство теоретиков, работающих над этим вопросом, разошлись на несколько враждующих лагерей. Каждый лагерь выискивает недостатки в чужой точке зрения и старается привести новые доказательства в пользу своей.
Схематичное изображение того, как разные слагаемые в формуле для полного спина выглядят в подходах разных авторов.