Štai paslaptinga tiesa, kurią mokslininkai žino nuo 1983 m .: Protonai ir neutronai, būdami atomo viduje, skirtingai nei laisvai plūduriuojantys erdvėje, veikia kitaip. Tiksliau, subatominės dalelės, sudarančios tuos protonus ir neutronus, vadinamos kvarkais, masiškai sulėtėja, kai tik jos yra susijusios su atomo branduoliu.
Fizikams tai labai nepatiko, nes neutronai yra neutronai, nepriklausomai nuo to, ar jie yra atomo viduje, ar ne. O protonai yra protonai. Tiek protonai, tiek neutronai (kurie kartu sudaro dalelių, vadinamų „nukleonais“, klasę) yra sudaryti iš trijų mažesnių dalelių, vadinamų kvarkais, sujungtų stipria jėga.
„Kai įdedate kvarkus į branduolį, jie pradeda judėti lėčiau, ir tai yra labai keista“, - teigė tyrimo bendraautorius Or Masas, Masačusetso technologijos instituto fizikas. Tai keista, nes galinga kvarkų sąveika daugiausia lemia jų greitį, o jėgos, jungiančios branduolį (ir taip pat veikiančios kvarkus branduolio viduje), manoma, yra labai silpnos, pridūrė Henas.
Nėra jokios kitos žinomos jėgos, kuri turėtų taip stipriai modifikuoti kvarkų elgesį branduolyje. Vis dėlto efektas išlieka: dalelių fizikai jį vadina EMC efektu, pavadintą „European Muon Collaboration“, grupę, kuri jį atrado. Ir dar visai neseniai mokslininkai nebuvo tikri, kas tai sukėlė.
Paprastai dvi branduolio dalelės yra sutraukiamos maždaug 8 milijonų elektronų voltų (8 MeV) jėga, matuojant dalelių energiją. Protonų arba neutronų kvarkai yra sujungti maždaug 1000 MeV. Taigi nėra prasmės, kad palyginti švelni branduolio sąveika dramatiškai veikia galingą kvarkų sąveiką, - pasakojo Henas „Live Science“.
"Kas yra aštuoni šalia 1000?" jis pasakė.
Bet EMC efektas neatrodo kaip lengvas išorinės jėgos paspaudimas. Nors tai skiriasi skirtingu branduoliu, jis apibūdinamas taip: "Tai nepanašu į pusė procento. Poveikis išryškėja iš duomenų, kai tik esi pakankamai kūrybingas, kad suprojektuotum eksperimentą jo ieškoti", - teigė Henas.
Priklausomai nuo dalyvaujančio branduolio, tariamasis branduolių dydis (tai priklauso nuo jų greičio) gali kisti nuo 10 iki 20 procentų. Pvz., Aukso branduolyje protonai ir neutronai yra 20 procentų mažesni, nei yra laisvai plūduriuojant.
Teoretikai sugalvojo daugybę skirtingų modelių, kad paaiškintų, kas čia vyksta, sakė Henas.
„Mano draugas juokavo, kad EMC pasisakė už„ Everybody's Model is Cool “, nes atrodė, kad kiekvienas modelis gali tai paaiškinti“, - sakė jis.
Tačiau laikui bėgant fizikai atliko daugiau eksperimentų, išbandydami tuos skirtingus modelius ir vienas po kito pasitraukė.
"Niekas negalėjo paaiškinti visų duomenų, ir mums liko didelis galvosūkis. Dabar turime daugybę duomenų, matavimų, kaip kvarkai juda visų rūšių branduoliuose, ir mes negalėjome paaiškinti, kas vyksta. ," jis pasakė.
Užuot bandęs paaiškinti visus galvosūkius vienu metu, Henas ir jo kolegos nusprendė pažvelgti tik į vieną ypatingą neutronų ir protonų sąveikos atvejį.
Daugeliu atvejų protonai ir neutronai branduolyje nesutampa vienas su kitu, vietoj to, kad būtų gerbiamos viena kitos ribos - net jei jie iš tikrųjų yra tik surištų kvarkų sistemos. Bet kartais nukleonai susipina egzistuojančiame branduolyje ir pradeda trumpam, fiziškai persidengti, tapdami tuo, ką mokslininkai vadina „koreliuojamomis poromis“. Bet kuriuo metu maždaug 20 procentų branduolio branduolių tokiu būdu sutampa.
Kai tai atsitiks, tarp kvarkų teka didžiulis energijos kiekis, iš esmės pakeisiantis jų surištą struktūrą ir elgseną - tai reiškinys, kurį sukelia stipri jėga. Straipsnyje, paskelbtame vasario 20 d. Žurnale „Nature“, tyrėjai teigė, kad šis energijos srautas tiksliai atspindi EMS efektą.
Komanda bombardavo daugybę skirtingų branduolių rūšių elektronų ir nustatė tiesioginį ryšį tarp šių branduolių porų ir EMC efekto.
Jų duomenys tvirtai rodo, kad Henas teigė, kad daugumos branduolių kvarkai visiškai nesikeičia patekę į branduolį. Bet tie keli, kurie dalyvauja branduolių porose, taip smarkiai keičia savo elgesį, kad bet kokio eksperimento metu jie iškreipia vidutinius rezultatus. Daugybė kvarkų, supakuotų į tokią mažą erdvę, sukelia stiprų dramatišką įspūdį. EMC efektas yra tik nedidelės dalies anomalijų rezultatas, o ne visų protonų ir neutronų elgesio pasikeitimas.
Remdamasi duomenimis komanda išvedė matematinę funkciją, kuri tiksliai apibūdina, kaip EMC efektas elgiasi iš vieno branduolio į kitą.
„Jie padarė prognozę, ir jų prognozė buvo daugiau ar mažiau patvirtinta“, - teigė George'as Washingtono universiteto fizikas Geraldas Feldmanas, parašęs lydimąjį „News & Views“ straipsnį tame pačiame „Nature“ numeryje, tačiau nedalyvavęs tyrime.
Tai tvirtas įrodymas, kad šis poravimo efektas yra tikrasis atsakas į EMC paslaptį, - „Feldman“ pasakojo „Live Science“.
Atrodo, kad po 35 metų dalelių fizikai šią problemą išsprendė per daug netinkamų sprendimų. Henas teigė, kad jis su kolegomis jau planuoja atlikti tolesnius eksperimentus, skirtus dar giliau išsiaiškinti problemą ir atskleisti naujas nežinomas tiesas apie suporuotų branduolių elgesį atomų viduje.
