Siin on salapärane tõde, mida teadlased on teada alates 1983. aastast: prootonid ja neutronid käituvad aatomi sisemuses erinevalt, võrreldes ujuvad vabalt läbi kosmose. Täpsemalt, nende prootonite ja neutronite moodustavad subatomiaatomite osakesed, mida nimetatakse kvarkideks, aeglustuvad massiliselt, kui nad on piiratud aatomi tuumaga.
Füüsikutele see tegelikult ei meeldinud, sest neutronid on neutronid sõltumata sellest, kas nad asuvad aatomi sees või mitte. Ja prootonid on prootonid. Nii prootonid kui ka neutronid (mis koos moodustavad osakeste klassi, mida nimetatakse "nukleonideks") koosnevad kolmest väiksemast osakest, mida nimetatakse kvarkideks ja mida seob tugev jõud.
"Kui paned kvargid tuumasse, hakkavad nad aeglasemalt liikuma ja see on väga imelik," ütles uuringu kaasautor Or Hen, Massachusettsi tehnoloogiainstituudi füüsik. See on kummaline, kuna kvarkide võimas interaktsioon määrab peamiselt nende kiiruse, samas kui tuuma siduvad jõud (mis toimivad ka tuuma sisemises kvarkides) peaksid olema väga nõrgad, lisas Hen.
Ja pole ühtegi teist teadaolevat jõudu, mis peaks muutma tuumas kvarkide käitumist nii intensiivselt. Kuid efekt jääb püsima: osakeste füüsikud nimetavad seda EMC-efektiks, mis sai nime European Muon Collaboration - grupp, kes selle avastas. Ja alles hiljuti polnud teadlased kindlad, mis selle põhjustas.
Tuuma kaks osakest tõmmatakse tavaliselt kokku umbes 8 miljoni elektronvolti (8 MeV) jõuga, mis on osakeste energia mõõt. Prootonites või neutronites olevad kvargid on seotud umbes 1000 MeV-ga. Nii et pole mõtet, et tuuma suhteliselt kerged interaktsioonid mõjutavad dramaatiliselt kvarkide sisest võimsat koostoimet, ütles Hen Live Science'ile.
"Mis on kaheksa 1000 kõrval?" ta ütles.
Kuid EMC efekt ei näe välja nagu välise jõu kerge nügimine. Ehkki see erineb tuumast erinevalt, "" See pole nagu pool protsenti. Efekt ilmneb andmetest välja siis, kui olete piisavalt loominguline, et kavandada katse selle otsimiseks, "sõnas Hen.
Sõltuvalt kaasatud tuumast võib tuumade näiv suurus (mis sõltub nende kiirusest) muutuda 10 kuni 20 protsenti. Näiteks kuldtuumas on prootonid ja neutronid 20 protsenti väiksemad kui vabalt hõljudes.
Hen ütles, et teoreetikud tulid välja palju erinevaid mudeleid, et selgitada, mis siin toimub.
"Üks mu sõber viskas nalja, et EMC seisis sõnaga" Everybody's Model is Cool ", sest tundus, et iga mudel seletas seda," sõnas ta.
Kuid aja jooksul tegid füüsikud rohkem katseid, katsetades neid erinevaid mudeleid ja üksteise järel kukkudes.
"Keegi ei suutnud kõiki andmeid selgitada ja meile jäi suur mõistatus. Praegu on meil palju andmeid, mõõtmisi selle kohta, kuidas kvargid liiguvad igasuguste erinevate tuumade sees, ja me ei suutnud selgitada, mis toimub. ," ta ütles.
Selle asemel, et proovida kõiki mõistatusi korraga selgitada, otsustasid Hen ja ta kolleegid vaadelda vaid ühte neutroni ja prootoni koostoime erijuhtu.
Enamikul juhtudel ei kattu tuumas olevad prootonid ja neutronid üksteisega, austades üksteise piire - ehkki nad on tegelikult ainult seotud kvarkide süsteemid. Kuid mõnikord ühendatakse tuumad olemasolevas tuumas ja hakkavad põgusalt, füüsiliselt üksteisega kattuma, saades sellest, mida teadlased nimetavad "korrelatsioonipaarideks". Igal hetkel kattuvad sel viisil umbes 20 protsenti tuuma nukleonidest.
Kui see juhtub, voolab kvarkide vahel tohutul hulgal energiat, muutes põhjalikult nende seotud struktuuri ja käitumist - tugeva jõu põhjustatud nähtus. 20. veebruaril ajakirjas Nature ilmunud artiklis väitsid teadlased, et see energiavoog moodustab täpselt EMC efekti.
Meeskond pommitas elektronidega palju erinevat tüüpi tuumasid ja leidis nende nukleonipaaride ja EMC efekti vahel otsese seose.
Nende sõnul viitavad Hen väitele, et enamiku nukleonide kvargid ei muutu tuumasse sisenemisel üldse. Kuid need vähesed, mis on seotud tuumapaaridega, muudavad oma käitumist nii dramaatiliselt, et nad moonutavad ükskõik millise eksperimendi keskmisi tulemusi. See, et paljud nii väikesesse ruumi pakitud kvargid põhjustavad dramaatiliselt tugevat jõu mõju. EMC efekt on vaid väiksemate anomaaliate tagajärg, mitte kõigi prootonite ja neutronite käitumise muutumine.
Andmetest tuletas meeskond matemaatilise funktsiooni, mis kirjeldab täpselt, kuidas EMC efekt käitub ühest tuumast teise.
"Nad tegid ennustuse ja nende ennustus leidis enam-vähem kinnitust," ütles George Washingtoni ülikooli füüsik Gerald Feldman, kes kirjutas kaasneva artikli News & Views artiklis samas ajakirjas Nature, kuid ei olnud uuringutega seotud.
See on kindel tõendusmaterjal selle kohta, et see sidumisefekt on tegelik vastus EMC mõistatusele, rääkis Feldman Live Science'ile.
35 aasta pärast näivad osakestefüüsikud selle probleemi lahendanud liiga paljude ebasoodsate lahendustega. Hen ütles, et tema ja ta kolleegide vahel on juba kavandatud järelkatsed, et seda küsimust veelgi sügavamalt uurida ja paljastada uusi tundmatuid tõdesid aatomite sees paarunud nukleonide käitumisest.
