Surištųjų protonų ir neutronų tyrimas, atliktas Energijos departamento Tomo Džefersono nacionalinėje greitintuvų laboratorijoje (JAV), pirmąkart mokslininkams leido išgauti informaciją apie vidinę laisvųjų neutronų sandarą nederinant teorinio modelio su eksperimentinėmis priemonėmis.
Surištųjų protonų ir neutronų tyrimas, atliktas Energijos departamento Tomo Džefersono nacionalinėje greitintuvų laboratorijoje (JAV), pirmąkart mokslininkams leido išgauti informaciją apie vidinę laisvųjų neutronų sandarą nederinant teorinio modelio su eksperimentinėmis priemonėmis. Gauti rezultatai aprašyti vasario 4 d. žurnalo „Physical Review Letters“ numeryje.
Didžiausias sunkumas, su kuriuo susiduria mokslininkai tyrinėdami vidinę neutronų sandarą, yra tai, jog pastarieji daugeliu atvejų būna tvirtai susieti su protonais atomo branduolyje. Gamtoje laisvasis neutronas egzistuoja vos kelias minutes, tuo tarpu branduolyje jis visada jaučia protonų kaimynystę. Tiek protonai, tiek neutronai yra vadinami bendru nukleonų vardu.
Tam, kad patikslintų laisvojo neutrono aprašymą, tyrėjų grupė palygino duomenis, gautus Džefersono ir SLAC greitintuvų laboratorijose. Paaiškėjo, jog atomo branduolyje surištieji protonai ir neutronai pasižymi dviem labai skirtingomis savybėmis.
„Abidvi savybės, arba efektai, pasireiškia dėl to, jog nukleonai elgiasi taip tarsi jie nebūtų laisvi“, – teigia Dagas Higinbotamas (Doug Higinbotham) iš Džefersono laboratorijos.
Nukleonų elgesys skiriasi, kai šie yra stipriai susieti sunkesniuose branduoliuose ir kai jų sąveika tampa silpnesnė lengvesniuose branduoliuose. Eksperimentai parodė, kad sunkesniuose branduoliuose nukleonai sudaro poras kur kas dažniau nei lengvesniuose, kur jų susietumas yra kur kas laisvesnis. Tai pirmoji savybė.
„Pirmiausia teko nagrinėti dviejų branduolyje suartėjusių nukleonų aptikimo tikimybes, kitaip tariant, artiveikę koreliaciją, – aiškina profesorius Laris Vainštainas (Larry Weinstein). – Išsiaiškinome, jog tikimybė, nusakanti dviejų nukleonų artiveikės koreliacijos pasireiškimą, branduoliui sunkėjant didėja.“
Tuo tarpu kiti eksperimentai parodė aiškų skirtumą tarp to, kaip protonus sudarantys vadinamieji kvarkai pasiskirsto sunkesniuose ir lengvesniuose branduoliuose. Šis skirtumas vadinamas EMC efektu.
„Mokslininkai matuodavo ir aptarinėdavo EMC efektą, lygiai taip pat kaip ir artiveikę koreliaciją, – pasakoja Tel Avivo universiteto profesorius Elizeras Piaseckis (Eliezer Piasetzky). – Tačiau niekam nešovė į galvą pabandyti šiuos reiškinius tarpusavyje susieti.“
Kuomet tyrėjų grupė surinko duomenis iš keliolikos šiuos efektus nagrinėjusių eksperimentų ir juos palygino tarpusavyje, tapo aišku, jog abu efektai yra koreliuoti.
„Paimkite dydį, kuris nusako EMC efekto stiprumą, – dėsto D. Higinbotamas. – Tada paimkite kitą dydį, kuris nusako artiveikių koreliacijų skaičių. Tampa akivaizdu, kad kuomet vienas iš jų įgauna didesnę vertę, padidėja ir kitas. Ir atvirkščiai – mažesnė vieno dydžio vertė atitinka mažesnę atrojo vertę.“
Mokslininkai teigia, jog nepanašu, kad vienas efektas sukeltų kitą. Duomenys greičiau rodo, jog abu reiškiniai kyla dėl bendros priežasties.
„Manau, kad mes neabejotinai sutinkame su tuo, jog žvelgiant iš erdvinės pusės visa tai lemia nukleonų sankloda, – tęsia mintį D. Higinbotamas. – Judesio kiekio atžvilgiu visa tai sukelia dideles judesio kiekio vertes įgiję nukleonai. Tačiau apskritai kalbant mes esame kvantinės mechanikos rėmuose, todėl patogesnis nagrinėjimo paveikslas yra skonio reikalas.“
Tyrėjai teigia, kad ilgą laiką nebuvo ieškomos bendros šių reiškinių priežasties, nes abiejų efektų tyrimo metodai smarkiai skiriasi.
„Kuomet matuojamas EMC efektas, mokslininkai žvelgia į nukleono vidų, – pasakoja E. Piaseckis. – Tiesiog nukleonas išskaidomas į gabaliukus. Tai, kas vyksta nukleono viduje yra nepalyginama su artiveikėmis koreliacijomis, pasireiškiančiomis tarp dviejų skirtingų nukleonų.“
„Šioje srityje visiškai nauja yra tai, kad mes susiejome du visiškai skirtingus dalykus, – pabaigia mintį D. Higinbotamas. – Taigi dabar galima pradėti klausinėti, ko šis susiejimas gali padėti išmokti.“
Mokslininkų teigimu, kitas jų žingsnis būtų toliau lyginti eksperimentų rezultatus bandant išsiaiškinti, ar vieną efektą aprašantys duomenys gali būti panaudoti nagrinėjant kitą. Tuomet, žinoma, tyrėjai mielai panaudotų savo įgytas žinias modeliuodami naujus eksperimentus, padėsiančius praskleisti atomo branduolį gaubiančią paslapčių skraistę.
