Коррелированные нуклоны могут разгадать 35-летнюю загадку

Физики разработали универсальную функцию, которая предполагает, что протон-нейтронные пары в ядре, показанные здесь, могут быть ответственны за ЭМС-эффект

Тщательный повторный анализ данных, полученных в Национальном ускорительном центре Томаса Джефферсона при Министерстве энергетики, 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 кварки внутри ядер имеют меньшие средние импульсы, чем прогнозировалось, и поддерживает объяснение этого эффекта. Исследование было опубликовано в журнале Природа.

Эффект EMC впервые был обнаружен чуть более 35 лет назад Европейским мюонным коллаборацией в данных, полученных в ЦЕРН. Сотрудничество показало, что когда они измеряли кварки 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 протоны и нейтроны в ядре [и, следовательно, их кварки] модифицируются, и все они модифицируются одинаково», — говорит Дуглас Хигинботам, сотрудник лаборатории Джефферсона.

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

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

Универсальная функция модификации была разработана на основе тщательного повторного анализа данных эксперимента, проведенного в 2004 году с использованием Лаборатории непрерывного ускорения электронных пучков Джефферсона, лаборатории пользователей научной работы Министерства энергетики США. Ускоритель непрерывного электронного пучка 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 авторы сравнили данные по каждому из этих ядер с дейтерием, они увидели, что появляется та же самая картина. Ядерные физики 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 эта функция, где у нас есть нейтрон-протонные коррелированные пары ближнего действия, и мы считаем, что она может описать ЭМС-эффект», — говорит Барак Шмуклер, бывший аспирант Массачусетского технологического института, а ныне постдокторант Университета Стони Брук, исследовательская работа и является ведущим автором статьи.

Коррелированные нуклоны могут разгадать 35-летнюю загадку
Большой приемочный спектрометр "Национальный ускоритель Томаса Джефферсона", установленный в экспериментальном зале в лаборатории Джефферсона.

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

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

«Картина перед этой моделью такова, что все протоны и нейтроны, когда они слипаются в ядре, все их кварки начинают замедляться. И эта модель предполагает, что большинство протонов и нейтронов продолжают, как будто ничего не изменилось, и это избранные протоны и нейтроны в этих парах, которые действительно имеют существенные изменения в своих кварках », — объясняет Аксель Шмидт, сотрудник и соавтор Массачусетский Технологический Институт.

Хигинботам говорит, может ли эта детальная картина того, что происходит в ядре, быть подтверждена, 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, «объясняет Хигинботам. «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 и физиков в частицах соединить наши два разных взгляда на ядро атома: как это делается из протонов и нейтронов, в отличие от его составных 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.

«Следующее, что мы собираемся сделать, — это эксперимент, который мы проводим в Экспериментальном зале B Лаборатории Джефферсона с обратным углом детектора нейтронов. Он будет измерять протон, когда он находится в дейтерии и движется с разными скоростями. Итак, мы Я хочу сравнить медленные и быстро движущиеся протоны», — говорит Лоуренс Вайнштейн, ведущий соавтор и профессор и выдающийся ученый в университете Старого Доминиона. «Этот эксперимент получит достаточно данных, чтобы ответить на вопрос. Этот аргумент сильно указывает на ответ, но он не является окончательным».

Кроме того, следующая цель сотрудничества — начать рассмотрение вопроса о том, как дальнейшие корреляции и ЭМС-эффект могут быть исследованы в будущем на потенциальном электронно-ионном коллайдере. Сотрудничество в настоящее время работает над проектом по определению наилучшего способа достижения этой цели, используя средства, предоставленные программой исследований и разработок Jefferson Lab.

Источник информации: https://phys.org/news/2019-02-nucleons-year-old-mystery.html

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...