Daugiau nei 10 metų vykstantis eksperimentas parodė pirmąjį žvilgsnį į subatominių dalelių, vadinamų neutronais, viduje besisukančių dalelių uraganą, padėjusį pagrindą įminti paslaptį giliai materijos širdyje.
JAV Energetikos departamento Thomaso Jeffersono nacionalinio greitintuvo (TJNAF) centrinio neutronų detektoriaus duomenys jau vaidina svarbų vaidmenį aprašant neutronų variklio kvantinį žemėlapį.
„Tai gana svarbus rezultatas tiriant nukleonus“, – sako Silvia Niccolai, Prancūzijos nacionalinio mokslinių tyrimų centro tyrimų direktorė.
Tai, ką mes laikome atomo branduoliu, yra dar mažesnių dalelių, vadinamų kvarkais, avilys, kovojantis su lipniu gliuonų mainu. Kur du skonio kvarkai, vadinami „aukštyn“, yra susieti su skoniu, vadinamu „žemyn“, rasite protoną. Padarykite du apatinius kvarkus ir vieną aukštyn – turėsite neutroną.
Taip apibūdinant kvarkų trio, jie skamba taip organizuotai kaip kiaušiniai kartoninėje dėžutėje. Tiesą sakant, jų egzistavimas yra ne tik patogiai išdėstytas, bet ir chaotiška dalelių ir antidalelių audra, kuri egzistuoja ir neegzistuoja kvantinėje konkurencijoje.
Norėdami suvokti kvarkų spiečių pasiskirstymą ir judėjimą jų gliuoniniuose pančius, fizikai tradiciškai šaudė į branduolines daleles elektronais ir stebėjo, kaip mažytės kulkos rikošetas. Kad šių eksperimentų rezultatus būtų lengviau apibūdinti, teoretikai kvarkų ir gliuonų vienetus, veikiančius skirtingose kvantinėse sistemose, vadina partonais.
Pastaraisiais dešimtmečiais didelės energijos dalelių greitintuvo eksperimentai, naudojant CEBAF didelio priėmimo spektrometrą ir jo atnaujinimą TJNAF, iššifravo protono partono galvosūkį, išspręsdami paslaptis, apimančias painų nukleono masės ir dydžio neatitikimą.
Neutronai buvo kietesnis riešutas, išskleidęs savo elektronų skeveldrą kampu, kurio nepasiekia spektrometro detektorius.
„Standartinėje konfigūracijoje šiais kampais nebuvo įmanoma aptikti neutronų“, – sako Niccolai.
2011 m. bendradarbiaujant su CNRS pradėtas statyti naujas detektorius, kuris galiausiai buvo įdiegtas 2017 m., o vėliau pradėtas eksperimentuoti 2019 ir 2020 m.
Toli gražu nebuvo sklandus, eksperimento planas leido retkarčiais prasiskverbti protonams ir užteršti rezultatus. Tik išvalius specialiai sukurtą mašininio mokymosi filtrą, skaičiai pagaliau gali būti pritaikyti teoriniams neutronų aktyvumo modeliams.
Pirmajame tyrime, kuriame buvo panaudoti duomenys, buvo nustatyti labai reikalingi apribojimai vienam iš mažiausiai suprantamų partonų pasiskirstymo neutronuose, žinomo kaip generalizuotas partonų pasiskirstymas (GPD) E.
Lygindami eksperimento rezultatus su ankstesniais protonų duomenimis, mokslininkai panaudojo kvarkų skirtumus, kad atskirtų reikšmingą matematinę GPD E savybę nuo panašaus modelio.
„GPD E yra labai svarbus, nes jis gali suteikti mums informacijos apie nukleonų sukimosi struktūrą”, – sako Niccolai.
Sukimas kvantine prasme apima kokybę, panašią į kampinį pagreitį mūsų kasdieniame pasaulyje. Ankstesni kvarkų, sudarančių protonus ir neutronus, sukimosi matavimai nustatė, kad šios savybės sudaro ne daugiau kaip apie 30 procentų viso nukleono sukimosi, o tai sukelia vadinamąją sukimosi krizę.
Tik iš kur atsiranda likusi dalis, ar dėl sąveikos su gliuonais, ar dėl kito mažiau suprantamo elgesio, yra klausimas, kurį pagaliau galėtų išspręsti būsimi eksperimentai.
Turėdami galimybę tiksliai palyginti atomų širdyse liepsnojančius du variklius, beveik neabejotinai atsiras naujų įdomių kvantinės mechanikos įžvalgų.
Šis tyrimas paskelbtas m Fizinės apžvalgos laiškai.
