Коррелированные нуклоны могут разгадать 35-летнюю загадку

0 979

Тщательный повторный анализ данных, полученных в ускорительном центре Томаса Джефферсона, выявил возможную связь между коррелированными протонами и нейтронами в ядре и 35-летней загадкой.

Данные привели к извлечению универсальной функции, которая описывает ЭМС-эффект, некогда шокирующее открытие, что внутри ядер имеют меньшие средние импульсы, чем прогнозировалось, и поддерживает объяснение этого эффекта. Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Эффект EMC впервые был обнаружен чуть более 35 лет назад European Muon Collaboration в данных, полученных в ЦЕРН. Сотрудничество показало, что когда они измеряли внутри ядра, они отличались от тех, которые были обнаружены в свободных протонах и нейтронах.

«В настоящее время существуют две основные модели, которые описывают этот эффект. Одна модель заключается в том, что все и нейтроны в ядре (и, следовательно, их кварки) модифицируются, и все они модифицируются одинаково», — говорит Дуглас Хигинботам, сотрудник лаборатории Jefferson Lab.

«Другая модель, на которой мы фокусируемся в своей работе, отличается. Она говорит, что многие и нейтроны ведут себя так, как будто они свободны, в то время как другие участвуют в корреляциях ближнего действия и сильно модифицированы», — объясняет он.

Короткодействующие корреляции — это мимолетные связи, образованные между протонами и нейтронами внутри ядра. Когда и нейтроны образуют корреляцию, их структуры кратковременно перекрываются. Перекрытие длится всего несколько секунд, прежде чем частицы разойдутся.

Смотрите также  Самый мощный ускоритель частиц стал на шаг ближе

Универсальная функция модификации была разработана на основе тщательного повторного анализа данных эксперимента, проведенного в 2004 году с использованием Лаборатории непрерывного ускорения электронных пучков (Jefferson Lab’s Continuous Electron Beam Accelerator Facility). CEBAF произвел пучок электронов с энергией 5,01 ГэВ для исследования ядер углерода, алюминия, железа и свинца по сравнению с дейтерием (изотоп водорода, содержащий в своем ядре протон и нейтрон).

Когда физики сравнили данные по каждому из этих ядер с дейтерием, они увидели, что появляется та же самая картина. Ученые вывели из этой информации универсальную модификационную функцию для ближних корреляций в ядрах. Затем они применили эту функцию к ядрам, используемым в измерениях ЭМС-эффекта, и обнаружили, что она одинакова для всех измеренных ядер, которые они рассматривали.

«Теперь у нас есть функция, где у нас есть нейтрон-протонные коррелированные пары ближнего действия, и мы считаем, что она может описать ЭМС-эффект», — говорит Барак Шмуклер, из Университета Стони Брук, который руководил этой исследовательской работой и является ведущим автором статьи.

Он и его коллеги считают, что примерно 20 процентов нуклонов в коррелированных парах ядра в любой момент времени оказывают огромное влияние на ЭМС-эффекта.

«Мы думаем, что когда и нейтроны внутри ядра перекрываются в том, что мы называем коррелированными парами ближнего действия, имеют больше возможностей для маневра, и поэтому двигаются медленнее, чем в свободном протоне или нейтроне», — объясняют ученые.

Смотрите также  Квантовая химия на квантовых компьютерах

«Картина этой модели такова, что все и нейтроны, когда они слипаются в ядре, то все их начинают замедляться. И наша модель предполагает, что большинство протонов и нейтронов продолжают вести себя так, как будто ничего не изменилось, и это избранные протоны и нейтроны в парах, которые действительно имеют существенные изменения в своих кварках», — объясняет Аксель Шмидт, соавтор исследования.

Хигинботам говорит, что на данный момент универсальная модификационная функция, кажется, действительно связывает все элементы этой тайны самосогласованным образом.

«Итак, мы показали, что пары — это пары, и они ведут себя одинаково, независимо от того, находятся ли они в свинце или в углеродном ядре. Мы также показали, что когда число пар различно, потому что они находятся в разных ядрах, они по-прежнему коллективно действуют в основном так же. Итак, мы считаем, что обнаружили, что с помощью одной физической картины мы можем объяснить как ЭМС-эффект, так и корреляции на малых расстояниях».

Если это подтвердится, то физическая картина корреляций ближнего действия как причины ЭМС-эффекта также станет еще одним шагом на пути к давней цели физиков-ядерщиков соединить два разных взгляда на ядро ​​атома: как оно состоит из протонов и нейтронов, в сравнение с тем, как оно состоит из их составляющих кварков.

Физики-ядерщики уже начали работу над следующим шагом в подтверждении этой новой гипотезы, которая заключается в измерении кварковой структуры протонов, участвующих в корреляциях ближнего радиуса, и сравнении ее с некоррелированными протонами.

Смотрите также  Масштабирование квантовых вычислений

Modified structure of protons and neutrons in correlated pairs, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-0925-9 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-0925-9 

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x