Vedci prepísali hranice fyziky. Prvýkrát prenikli do srdca častice, ktorá je menšia než atóm

Vedci sa snažia rozbíjať častice, z ktorých sa skladá celý náš vesmír, už desaťročia. Avšak kým niektoré dokázali pomerne spoľahlivo zmapovať zvnútra už dávnejšie, iné sa ukázali ako problematické. Pomocou nového detektora, na ktorom pracujú experti už niekoľko rokov, sa však podarilo poodhaliť vnútornú štruktúru aj týchto častíc, informuje ScienceAlert.

Existujúce detektory nestačili

Jadrá atómov, ktoré považujeme za základ hmoty, ukrývajú ešte menšie častice – kvarky – ktoré medzi sebou interagujú prostredníctvom gluónov, akéhosi „lepidla“ subatomárnych síl. Ak sú dva kvarky typu „up“ (dolný kvark) spojené s jedným „down“ (dolný kvark), vznikne protón. Pri dvoch dolných kvarkoch a jednom hornom sa vznikne neutrón.

Hoci tieto častice môžeme opísať ako „trio kvarkov“, ich usporiadanie je všetko iné, len nie usporiadané. V skutočnosti ide o chaotickú búrku častíc a antičastíc, ktoré vznikajú a zanikajú v neustálom kvantovom zápase. Zatiaľ čo protóny sú už pomerne dobre pochopené vďaka experimentom s veľkým spektrométerom CEBAF v TJNAF, neutróny zostali ťažšie uchopiteľné. Elektróny, ktoré zasiahnu neutrón, sa často rozptyľujú pod uhlami, ktoré boli mimo dosahu detektorov, dodáva Jefferson Lab.

Pomohol až nový detektor

Nový detektor, ktorý bol navrhnutý v spolupráci s CNRS, bol nainštalovaný v roku 2017 a testovaný v rokoch 2019 a 2020. Tento nástroj umožnil zaznamenať dáta o neutrónoch, ktoré predtým nebolo možné získať.

Jefferson Lab

Prvý výskum na základe týchto dát sa zameriava na tzv. generalizovanú partónovú distribúciu (GPD) E – málo pochopenú vlastnosť neutrónov, ktorá súvisí s ich spinom. Spin, v kvantovej fyzike podobný uhlovému momentu, doteraz nevysvetlil celý príbeh o rotácii nukleónov.

Merania ukazujú, že spin kvarkov tvorí iba asi 30 % celkového spinu protónov a neutrónov. Tento nesúlad, známy ako „spinová kríza“, naznačuje, že zvyšok prichádza z gluónov alebo iných, zatiaľ nepochopených javov.

Budúce experimenty sú pripravené odpovedať na ďalšie otázky o záhadách spinu a vzťahoch medzi kvarkami a gluónmi, čo nás posunie bližšie k pochopeniu srdca samotnej hmoty. Tento výskum je nesmierne dôležitý pre lepšie ovládnutie kvantovej mechaniky a fyziky, ktoré stále skrývajú množstvo nejasností.

Čítajte viac z kategórie: Novinky