Un experiment de peste 10 ani a dezvăluit cum arată la interior neutronii

Un experiment care a durat mai mult de 10 ani a oferit prima imagine cu interiorul particulelor subatomice numite neutroni.

„Este un rezultat foarte important pentru studiul nucleonilor”, spune Silvia Niccolai, director de cercetare la Centrul Național Francez pentru Cercetare Științifică.

• Telescopul Webb a descoperit o galaxie spirală masivă de la începuturile Universului
• O întâlnire străveche a Soarelui cu alte două stele a schimbat pentru totdeauna Sistemul Solar

Ceea ce noi considerăm a fi nucleul unui atom este un stup de particule și mai mici, numite quarcuri, care se luptă cu un schimb lipicios de gluoni. Această descriere a trio-urilor de quarci le face să pară organizate. În realitate, existența lor nu este deloc organizată în mod convenabil, cu o furtună haotică de particule și antiparticule.

Pentru a înțelege distribuțiile și mișcările roiurilor de quarcuri în lanțurile lor de gluoni, fizicienii au împușcat în mod tradițional particule nucleare cu electroni și au observat cum ricoșează micile gloanțe. Pentru a descrie mai ușor rezultatele acestor experimente, teoreticienii numesc partoni unitățile de quarci și gluoni care operează în cadre cuantice distincte.

Noi perspective fascinante în mecanica cuantică

În ultimele decenii, experimentele cu acceleratoare de particule de înaltă energie care utilizează spectrometrul CEBAF Large Acceptance Spectrometer și actualizarea acestuia la TJNAF au descifrat puzzle-ul partonilor protonului, rezolvând mistere care includ o discrepanță confuză între masa și dimensiunea nucleonului, scrie ScienceAlert.

În 2011, a început construcția unui nou detector în colaborare cu CNRS, care a fost instalat în cele din urmă în 2017, înainte de a fi testat în cadrul unor runde experimentale inițiale în 2019 și 2020.

Departe de a fi fără probleme, designul experimentului a permis protonului ocazional să se strecoare și să contamineze rezultatele. Numai după o curățare din partea unui filtru de învățare automată proiectat special, cifrele au putut fi aplicate în cele din urmă la modelele teoretice privind activitatea neutronilor.

Primul studiu care utilizează datele a adus constrângeri extrem de necesare asupra uneia dintre cele mai puțin înțelese distribuții ale partonilor în neutroni, cunoscută sub numele de distribuție generalizată a partonilor (GPD) E.

Un experiment care a durat mai mult de 10 ani

Prin compararea rezultatelor experimentului cu datele anterioare privind protonii, cercetătorii au utilizat diferențele dintre quarcuri pentru a distinge o caracteristică matematică semnificativă a GPD E de un model similar.

Măsurătorile anterioare ale spinurilor quarcilor care alcătuiesc protonii și neutronii au constatat că aceste caracteristici nu contribuie cu mai mult de aproximativ 30% la rotația totală a nucleonului, ceea ce a condus la așa-numita criză de rotație.

De unde provine fracțiunea rămasă, de la interacțiunile cu gluonii sau de la un alt comportament mai puțin înțeles, este o întrebare pe care experimentele viitoare ar putea-o rezolva în sfârșit.

Existența unui mijloc de a compara cu exactitate motoarele gemene care ard în inimile atomilor va conduce aproape sigur la noi perspective fascinante în mecanica cuantică.

Această cercetare este publicată în Physical Review Letters.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Ciocnirea stelelor neutronice creează un Big Bang în miniatură

Ce se întâmplă atunci când stelele neutronice se ciocnesc?

Oamenii de știință au surprins rafalele de vânt dintr-un sistem îndepărtat de stele neutronice

Ettore Majorana, fizicianul „de geniu” care a prezis neutronii și apoi a dispărut