Nukleáris tudósok megerősítették, hogy a protonszerkezet jelenlegi leírása nem tökéletes. A proton szerkezetét vizsgáló szondák adatai megemelkedtek, a proton elektromos polarizálhatóságának új precíziós mérése szerint. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Thomas Jefferson Nemzeti Accelerator Facility-je.
A proton szerkezetének deformációjának precíziós mérése egy elektromos mező új részleteket tárt fel a protonadatok megmagyarázhatatlan kiugrásáról. A proton elektromos polarizálhatóságának méretei megmutatják, mennyire érzékeny a proton az elektromos térben történő deformáció vagy nyújtás. Ez is megerősítette az anomália jelenlétét, és kérdéseket vetett fel annak eredetével kapcsolatban.
Ezenkívül a proton elektromos polarizálhatóságának pontos felmérése segíthet áthidalni a szakadékot a proton különféle magyarázatai között. A proton úgy tűnhet, mint egyetlen átlátszatlan részecske vagy összetett részecske, amelyből áll három kvark erős erő tartja össze, a szondázás módjától függően.
Ruonan Li, az új tanulmány első szerzője és a Temple Egyetem végzős hallgatója elmondta: „Meg akarjuk érteni a proton szerkezetét. És úgy képzelhetjük el, mint egy modellt három kiegyensúlyozott kvarkkal a közepén. Most helyezze a protont az elektromos térbe. A kvarkok pozitív vagy negatív töltésűek. Ellentétes irányba fognak mozogni. Tehát az elektromos polarizálhatóság azt tükrözi, hogy milyen könnyen a elektromos mező eltorzítja a protont."
A nukleáris tudósok a virtuális Compton-szórás néven ismert technikát alkalmazták ennek a torzításnak a vizsgálatára. A Jefferson Lab Continuous Electron Beam Accelerator Facility rendszeréből származó erőteljes elektronok aprólékosan szabályozott nyalábjával kezdődik. Az elektronok protonokba ütköznek.
A virtuális Compton-szórás során az elektronok kölcsönhatásba lépnek más részecskékkel egy energikus foton vagy fényrészecske kibocsátásával. Az elektron energiája határozza meg az általa kibocsátott foton energiáját, ami azt is meghatározza, hogy a foton hogyan lép kölcsönhatásba más részecskékkel.
Míg több energikus foton lövöldözni fog a proton belsejében, hogy kapcsolatba lépjen az egyik protonnal kvarkok, az alacsonyabb energiájú fotonok visszapattanhatnak a proton felszínéről. Az elmélet szerint egy sima görbe jelenik meg, amikor ezeket a foton-kvark kölcsönhatásokat alacsonyabb energiáktól magasabb energiák felé ábrázoljuk.
Nikos Sparveris, a Temple Egyetem fizika docense és a kísérlet szóvivője szerint ez az egyszerű kép nem bírja ki a vizsgálatot. A mérések ehelyett egy egyelőre megmagyarázhatatlan ütést tártak fel.
„Azt látjuk, hogy a polarizálhatóság nagysága helyileg javult. A polarizálhatóság az energia növekedésével csökken, ahogy az várható volt. És egy bizonyos ponton úgy tűnik, hogy átmenetileg újra feljön, mielőtt lemegy. Jelenlegi elméleti felfogásunk alapján nagyon egyszerű viselkedést kell követnie. Látunk valamit, ami eltér ettől az egyszerű viselkedéstől. És ez az a tény, ami jelenleg elgondolkodtató.”
„Az elmélet azt jósolja, hogy az energikusabb elektronok közvetlenebbül érzékelik az erős erőt, mivel az összekapcsolja a kvarkokat, hogy protont hozzon létre. A merevségnek ez a furcsa tüske, amelyet az atomfizikusok most megerősítettek a proton kvarkjaiban, azt jelzi, hogy az erős erő egy ismeretlen oldala működhet.”
„Van valami, ami jelenleg hiányzik. A proton az egyetlen olyan összetett építőelem a természetben, amely stabil. Tehát, ha valami alapvetőt hiányolunk, annak az egész fizikára nézve kihatásai vagy következményei vannak.”
A fizikusok azt mondták, "A következő lépés az anomália részleteinek további feltárása, és precíziós szondák elvégzése az eltérések további pontjainak ellenőrzésére, valamint az anomália forrásának további információira."
Sparveris mondott, „Pontosan meg kell mérnünk ennek a fejlesztésnek a formáját is. A forma fontos az elmélet további tisztázásához."
Journal Reference:
- Li, R., Sparveris, N., Atac, H. et al. A mért proton elektromágneses szerkezet eltér az elméleti előrejelzésektől. Természet (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05248-1
