Šeit ir noslēpumaina patiesība, ko zinātnieki ir zinājuši kopš 1983. gada: protoni un neitroni darbojas atšķirīgi, atrodoties atomā, salīdzinot ar brīvu peldēšanu caur kosmosu. Proti, subatomiskās daļiņas, kas veido šos protonus un neitronus, ko sauc par kvarkiem, masveidā palēninās, tiklīdz tie ir norobežoti ar atomu kodolu.
Fizikiem tas patiešām nepatika, jo neitroni ir neitroni neatkarīgi no tā, vai tie atrodas atoma iekšienē, vai nav. Un protoni ir protoni. Gan protonus, gan neitronus (kas kopā veido daļiņu klasi, ko sauc par "nukleoniem") veido trīs mazākas daļiņas, sauktas par kvarkiem, kuras ir sasaistītas ar spēcīgu spēku.
"Kad jūs ievietojat kvarkus kodolā, tie sāk kustēties lēnāk, un tas ir ļoti dīvaini," sacīja pētījuma līdzautors Or Hens, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta fiziķis. Tas ir dīvaini, jo spēcīgā mijiedarbība starp kvarkiem galvenokārt nosaka to ātrumu, turpretī spēki, kas saista kodolu (un darbojas arī uz kvarkiem kodola iekšienē), domājams, ir ļoti vāji, piebilda Henks.
Un nav neviena cita zināma spēka, kam vajadzētu tik intensīvi mainīt kvarku izturēšanos kodolā. Tomēr efekts saglabājas: daļiņu fiziķi to sauc par EMC efektu, kas nosaukts par European Muon Collaboration, grupu, kas to atklāja. Un vēl nesen zinātnieki nebija pārliecināti, kas to izraisīja.
Divas kodolu daļiņas parasti savelk kopā ar spēku, kas ir aptuveni 8 miljoni elektronu voltu (8 MeV), kas ir daļiņu enerģijas lielums. Kvarki protonā vai neitronā ir saistīti apmēram ar 1000 MeV. Tāpēc nav jēgas, ka salīdzinoši vieglā kodola mijiedarbība dramatiski ietekmē spēcīgo mijiedarbību kvarku iekšienē, Hans stāstīja Live Science.
"Kas ir astoņi blakus 1000?" viņš teica.
Bet EMC efekts neizskatās pēc viegla trieciena no ārēja spēka. Lai arī tas atšķiras dažādos kodolos, "Tas nav līdzīgs pusprocentam. Efekts iznāk no datiem, tiklīdz jūs esat pietiekami radošs, lai izstrādātu eksperimentu tā meklēšanai," sacīja Hens.
Atkarībā no iesaistītā kodola šķietamais nukleonu lielums (kas ir to ātruma funkcija) var mainīties par 10 līdz 20 procentiem. Piemēram, zelta kodolā protoni un neitroni ir par 20 procentiem mazāki nekā tie ir, brīvi peldot.
Teorētiķi nāca klajā ar daudziem dažādiem modeļiem, lai izskaidrotu šeit notiekošo, sacīja Hena.
"Mans draugs jokoja, ka EMC iestājās par" Everybody's Model is Cool ", jo šķita, ka katrs modelis to varētu izskaidrot," viņš sacīja.
Bet laika gaitā fiziķi veica vairāk eksperimentu, pārbaudot šos dažādos modeļus, un viens pēc otra nokrita.
"Neviens nevarēja izskaidrot visus datus, un mums palika liela mīkla. Tagad mums ir daudz datu, mērījumi par to, kā kvarki pārvietojas visu veidu dažādu kodolu iekšpusē, un mēs nevarējām izskaidrot, kas notiek. ," viņš teica.
Tā vietā, lai mēģinātu izskaidrot visu mīklu vienlaikus, Hēns un viņa kolēģi nolēma aplūkot tikai vienu īpašo neitronu un protonu mijiedarbības gadījumu.
Lielākajā daļā gadījumu protoni un neitroni kodolā nepārklājas viens ar otru, tā vietā ievērojot viens otra robežas - kaut arī tie patiešām ir tikai saistīto kvarku sistēmas. Bet dažreiz nukleoni tiek savienoti esošajā kodolā un sāk īsi, fiziski pārklāties viens ar otru, kļūstot par to, ko zinātnieki sauc par “savstarpēji saistītiem pāriem”. Jebkurā brīdī aptuveni 20 procenti kodolu kodolu šādā veidā pārklājas.
Kad tas notiek, milzīgs enerģijas daudzums plūst starp kvarkiem, būtiski mainot to saistīto struktūru un izturēšanos - parādību, ko izraisa spēcīgs spēks. Pētījumā, kas publicēts 20. februārī žurnālā Nature, pētnieki apgalvoja, ka šī enerģijas plūsma precīzi atspoguļo EMS efektu.
Komanda bombardēja daudz dažādu veidu kodolu ar elektroniem un atklāja tiešu saistību starp šiem nukleonu pāriem un EMC efektu.
Viņu dati stingri liek domāt, ka Hena sacīja, ka vairumā nukleonu esošie kvarki nemaz nemainās, nonākot kodolā. Bet tie nedaudzie, kas iesaistīti nukleonu pāros, tik dramatiski maina savu izturēšanos, ka jebkurā eksperimentā izliekas vidējos rezultātus. Daudzi kvarki, kas iesaiņoti tik mazā telpā, rada dramatiskas spēcīgas spēka sekas. EMS efekts ir tikai nelielu anomāliju rezultāts, nevis visu protonu un neitronu uzvedības izmaiņas.
No šiem datiem komanda atvasināja matemātisko funkciju, kas precīzi apraksta, kā EMS efekts uzvedas no viena kodola uz nākamo.
"Viņi izteica prognozi, un viņu pareģojums tika vairāk vai mazāk apstiprināts," sacīja Džordža Vašingtona universitātes fiziķis Džeralds Feldmans, kurš tajā pašā Nature numurā rakstīja pavadošo rakstu News & Views, bet nebija iesaistīts pētījumā.
Tas ir pārliecinoši pierādījumi tam, ka šis savienošanas efekts ir īstā atbilde uz EMS noslēpumu, Feldmans stāstīja Live Science.
Šķiet, ka pēc 35 gadiem daļiņu fiziķi ir atrisinājuši šo problēmu ar pārāk daudziem nelabvēlīgiem risinājumiem. Henks sacīja, ka viņam un viņa kolēģiem jau ir plānoti turpinājuma eksperimenti, lai vēl dziļāk pārbaudītu šo jautājumu un atklātu jaunas nezināmas patiesības par sapāroto nukleonu uzvedību atomu iekšienē.
