Завершили 10-літній експеримент: вчені нарешті розкрили таємниці нейтронів

Масштабний експеримент, що тривав понад десять років, дав змогу вперше детально дослідити динамічний рій частинок у субатомних нейтронах. Це відкриття закладає основу для вивчення структури матерії на її найфундаментальнішому рівні, пише Science Alert.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтеся, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Останні дані, отримані з Центрального нейтронного детектора, розташованого в Національному прискорювачі ім. Томаса Джефферсона (TJNAF) Міністерства енергетики США, значно поглибили наше розуміння квантової структури нейтронів.

"Це дуже важливий результат для вивчення нуклонів", — зазначила Сільвія Нікколаї, наукова директорка Національного центру наукових досліджень Франції.

В атомному ядрі нейтрони і протони складаються з ще менших компонентів, відомих як кварки, які взаємодіють через глюони. Баланс цих частинок визначає, чи містить ядро протон або нейтрон.

Однак ці субатомні одиниці далекі від впорядкованості; їхня поведінка нагадує хаотичний шторм частинок, що коливаються між існуванням і неіснуванням у квантових межах.

Десятиліттями фізики використовували електрони для дослідження ядерних частинок, вимірюючи їхні картини розсіювання, щоб скласти карту частинок всередині. Кварки і глюони далі описуються в рамках квантових структур, відомих як партони.

У той час як у вивченні протонів вдалося досягти значних успіхів завдяки високоенергетичним експериментам у TJNAF, аналогічні зусилля, спрямовані на розгадку поведінки партонів нейтрона, наштовхнулися на технологічні перешкоди.

Проблема полягає у невловимій поведінці нейтронів, які розсіюють електрони під кутами, що раніше не визначалися обладнанням установки. Щоб розв'язати цю проблему, у 2011 році у співпраці з CNRS розпочалося будівництво нового детектора.

Цей вдосконалений детектор, який працює з 2019 року, дозволив збирати ці дані. Попри початкове забруднення від блукаючих протонів, алгоритми машинного навчання вдосконалили набір даних, що дозволило дослідникам точно змоделювати поведінку нейтронів.

Результати експерименту запропонували нове розуміння узагальненого розподілу партонів (GPD) E, ключового аспекту нейтронної спінової динаміки. Порівнюючи ці результати з наявними даними про протони, дослідники виявили критичні відмінності, пов'язані з поведінкою кварків.

Нікколаї зазначила: "GPD E дуже важливий, тому що він може дати нам інформацію про спінову структуру нуклонів".

Спін, квантова властивість, аналогічна кутовому моменту, давно спантеличує фізиків. Попередні дослідження показали, що кварки складають лише близько 30% від загального спіну нуклона — загадка, відома як "спінова криза". Дані цього експерименту прокладають шлях до розгадки цих невідомих, проливаючи світло на те, чи відповідають за спін, що залишився, глюонні взаємодії або інші механізми.

Важливо Знайти історію у вигрібній ямі: бельгійські вчені зробили неочікуване відкриття

Цей прорив не лише поглиблює наше розуміння поведінки нейтронів, але й відкриває нові шляхи для вивчення квантової механіки та сил, що керують Всесвітом.

Раніше Фокус писав про експеримент, який вивчив вплив інфразвуку на людей. Виявилося, що історії про привидів мають цікаву деталь.

Також ми розповідали про нетиповий артефакт, знайдений у Туреччині. Археологи виявили циліндричну печатку з нефриту, що є рідкістю для цього регіону.