Ydintutkijat ovat vahvistaneet, että nykyinen kuvaus protonirakenteesta ei ole täydellinen. Protonin rakenteen koettimien tiedoissa on tapahtunut nousua protonin sähköisen polarisoituvuuden uusien tarkkuusmittausten mukaan. Yhdysvaltain energiaministeriön Thomas Jefferson National Accelerator Facility.
Protonin rakenteen muodonmuutosten tarkkuusmittaus sähkökenttä on paljastanut uusia yksityiskohtia protonitietojen selittämättömästä piikkistä. Protonin sähköisen polarisoituvuuden koot paljastavat, kuinka herkkä se on protoni on muodonmuutosta tai venymistä sähkökentässä. Se vahvisti myös poikkeaman olemassaolon ja herätti kysymyksiä sen alkuperästä.
Lisäksi protonin sähköisen polarisoituvuuden tarkka arviointi voi auttaa kuromaan umpeen protonin eri selitysten välistä kuilua. Protoni voi näyttää yhdeltä läpinäkymättömältä hiukkaselta tai yhdistelmähiukkaselta, joka koostuu kolme kvarkkia pitää koossa vahva voima riippuen siitä, miten se tutkitaan.
Ruonan Li, uuden paperin ensimmäinen kirjoittaja ja Temple Universityn jatko-opiskelija, sanoi: "Haluamme ymmärtää protonin alarakenteen. Ja voimme kuvitella sen mallina, jossa on kolme tasapainoista kvarkkia keskellä. Laita nyt protoni sähkökenttään. Kvarkeilla on positiivisia tai negatiivisia varauksia. Ne liikkuvat vastakkaisiin suuntiin. Joten sähköinen polarisoituvuus heijastaa sitä, kuinka helposti sähkökenttä vääristää protonia."
Ydintutkijat käyttivät tekniikkaa, joka tunnetaan nimellä virtuaalinen Compton-sironta, tutkiakseen tätä vääristymää. Se alkaa Jefferson Labin Continuous Electron Beam Accelerator Facilityn tarkasti säädetystä voimakkaiden elektronien säteestä. Elektronit lähetetään törmäämään protoneihin.
Virtuaalisessa Compton-sironnassa elektronit ovat vuorovaikutuksessa muiden hiukkasten kanssa lähettämällä energisen fotonin tai valohiukkasen. Elektronin energia määrää sen lähettämän fotonin energian, mikä määrittää myös kuinka fotoni on vuorovaikutuksessa muiden hiukkasten kanssa.
Vaikka energisemmät fotonit ampuvat protonin sisään kytkeytyäkseen yhteen sen kanssa kvarkkien, alhaisemman energian fotonit voivat pomppia pois protonin pinnasta. Teorian mukaan tasainen käyrä ilmestyy, kun nämä fotoni-kvarkkivuorovaikutukset piirretään alemmista energioista korkeampiin.
Nikos Sparveris, Templen yliopiston fysiikan apulaisprofessori ja kokeen tiedottaja, sanoi, että tämä yksinkertainen kuva ei kestänyt tarkastelua. Mittaukset paljastivat sen sijaan vielä selittämättömän kolhun.
"Näemme, että polarisoituvuuden suuruus on paikallisesti parantunut. Polarisoituvuus vähenee energian kasvaessa, kuten odotettiin. Ja jossain vaiheessa se näyttää nousevan väliaikaisesti uudelleen ennen kuin se laskee. Nykyisen teoreettisen ymmärryksemme perusteella sen pitäisi noudattaa hyvin yksinkertaista käyttäytymistä. Näemme jotain, joka poikkeaa tästä yksinkertaisesta käytöksestä. Ja tämä on se tosiasia, joka hämmentää meitä tällä hetkellä."
"Teoria ennustaa, että energisemmät elektronit koettelevat suoremmin vahvaa voimaa, kun se sitoo kvarkit yhteen protonin muodostamiseksi. Tämä outo jäykkyyden piikki, jonka ydinfyysikot ovat nyt vahvistaneet protonin kvarkeissa, on merkki siitä, että vahvan voiman tuntematon puoli saattaa toimia."
"Meiltä puuttuu jotain tässä vaiheessa. Protoni on luonnon ainoa stabiili komposiittirakennuspalikka. Joten jos meiltä puuttuu jotain perustavanlaatuista, sillä on vaikutuksia tai seurauksia koko fysiikkaan."
Fyysikot sanoivat, "Seuraava askel on tutkia tarkemmin tämän poikkeaman yksityiskohtia ja suorittaa tarkkuusantureita muiden poikkeamien tarkistamiseksi ja saadakseen lisätietoja poikkeaman lähteestä."
Sparveris sanoi, "Meidän on myös mitattava tarkasti tämän parannuksen muoto. Muoto on tärkeä teorian selventämiseksi."
Lehden viite:
- Li, R., Sparveris, N., Atac, H. et ai. Mitattu protonien sähkömagneettinen rakenne poikkeaa teoreettisista ennusteista. luonto (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05248-1
