Jefferson Lab Hall A Tritium Collaboration-ի միջազգային գիտնականների թիմը հայտարարել է նուկլոնների՝ պրոտոնների և նեյտրոնների ներքին կառուցվածքի վերաբերյալ հասկացողության մեջ նշանակալի առաջընթացի մասին, որոնք կազմում են ատոմների միջուկները: Հետազոտության արդյունքները, որոնք հրապարակվել են Physical Review Letters (PRL) ամսագրում, բացում են նոր հորիզոններ ենթաատոմային ֆիզիկայում:

Ի՞նչ են նուկլոնները

Պրոտոններն ու նեյտրոնները, որոնք հայտնի են որպես նուկլոններ, ատոմային միջուկների հիմնական կառուցողական բլոկներն են: Դրանք բաղկացած են երեք հիմնական քվارکներից (վերև և ներքև), որոնք կապված են գլյուոններով՝ մասնիկներ, որոնք փոխանցում են ուժեղ փոխազդեցություն: Այնուամենայնիվ, նուկլոնների ներսում տեղի են ունենում դինամիկ գործընթացներ. անընդհատ առաջանում և անհետանում են քվարկ-հակաքվարկ զույգեր, ինչը բարդացնում է իմպուլսի և սպինի բաշխման ընկալումը բոլոր այդ բաղադրիչների միջև: Մինչ այժմ գիտնականները չեն կարողացել ճշգրիտ նկարագրել, թե ինչպես են այդ տարրերը փոխազդում նուկլոնների ներսում:

MARATHON փորձ. եզակի մեթոդաբանություն

Հետազոտության առանցքային տարրը եղել է MARATHON փորձը, որն անցկացվել է Jefferson Lab-ում: Գիտնականներն օգտագործել են հազվագյուտ և բարդ թիրախ՝ ռադիոակտիվ գազային տրիտիում (ջրածնի իզոտոպ՝ երկու նեյտրոնով): Տրիտիումի հետ աշխատանքը պահանջում է անվտանգության խիստ միջոցներ՝ իր ռադիոակտիվության պատճառով, ինչը նման փորձերը դարձնում է եզակի և դժվար իրականացվող:

Ֆիզիկոսները թիրախները՝ տրիտիում, հելիում-3 և դեյտերիում, ռմբակոծել են 11 ԳեՎ էներգիայով էլեկտրոնների հոսքով՝ գրանցելով դրանց ոչ առաձգական ցրումը: Վերլուծության համար օգտագործվել են Jefferson Lab-ի A սրահում տեղադրված երկու ժամանակակից մագնիսական սպեկտրոմետրեր: Սա թույլ է տվել բարձր ճշգրտությամբ տվյալներ հավաքել միջուկների ներքին կառուցվածքի վերաբերյալ:

Հայտնագործություններ. հայելային միջուկներ և EMC էֆեկտ

Հետազոտությունը մի քանի կարևոր արդյունք է բերել.

  • Գիտնականները յուրօրինակ տվյալներ են ստացել տրիտիումի և հելիում-3-ի կառուցվածքի մասին, այսպես կոչված «հայելային միջուկներ», որտեղ մի միջուկի պրոտոնների թիվը հավասար է մյուսի նեյտրոնների թվին: Սա թույլ է տվել համեմատել նուկլոնների վարքը տարբեր միջուկային միջավայրերում:
  • Առաջին անգամ չափվել է EMC էֆեկտը տրիտիումի համար: Այս երևույթը ցույց է տալիս, որ միջուկի ներսում նուկլոնների կառուցվածքը տարբերվում է ազատ նուկլոնների կառուցվածքից, ինչը կապված է միջուկային փոխազդեցությունների հետ: Տրիտիումի համար EMC էֆեկտի մասին տվյալները հազվագյուտ արդյունք են, որոնք կարող են ճշգրտել միջուկային ֆիզիկայի մոդելները:

Գիտական նշանակություն

Ստացված տվյալները կօգնեն կատարելագործել քվանտային քրոմոդինամիկայի մոդելները՝ տեսություն, որը նկարագրում է քվարկների և գլյուոնների միջև ուժեղ փոխազդեցությունները: Դրանք նաև լույս են սփռում թեթև միջուկներում, ինչպիսիք են տրիտիումը և հելիում-3-ը, նուկլոնների միջև փոխազդեցությունների բնույթի վրա: Ըստ փորձի ղեկավարներից մեկի՝ Մաքս Պետրատոսի, այս արդյունքները եզակի են. «Տրիտիումի հետ աշխատանքը չափազանց բարդ և վտանգավոր է: Այս տվյալները, հավանաբար, այլևս երբեք չեն հավաքվի, բայց դրանք կդառնան ենթաատոմային ֆիզիկայի հասկացողության բանալին»:

Հակիրճ…

MARATHON փորձը կարևոր քայլ է եղել նուկլոնների ներքին կառուցվածքի ուսումնասիրության մեջ: Տրիտիումի օգտագործմամբ ստացված եզակի տվյալները ճշգրտում են մեր գիտելիքները պրոտոնների և նեյտրոնների ներսում իմպուլսի և սպինի բաշխման, ինչպես նաև միջուկային փոխազդեցությունների մասին: Այս արդյունքները ոչ միայն հաստատում են քվանտային քրոմոդինամիկայի տեսական մոդելները, այլև բացում են նոր հնարավորություններ թեթև միջուկների հետազոտությունների համար: Հաշվի առնելով տրիտիումի հետ աշխատանքի բարդությունը, այս հայտնագործությունը կարող է մնալ յուրօրինակ՝ ընդգծելով դրա նշանակությունը ֆիզիկայում ապագա տեսական և փորձարարական աշխատանքների համար: