اندازهگیری دقیق چگونگی تغییر شکل ساختار پروتون در میدان الکتریکی، جزئیات جدیدی را در مورد یک جهش غیرقابل توضیح در دادههای پروتون آشکار کرده است.
به گزارش تک ناک، فیزیکدانان هسته ای تایید کرده اند که توصیف فعلی ساختار پروتون کامل نیست. یک برآمدگی در دادههای کاوشگر ساختار پروتون با اندازهگیری دقیق جدید قطبشپذیری الکتریکی پروتون که در مرکز شتابدهنده ملی توماس جفرسون وزارت انرژی ایالات متحده انجام شد، آشکار شد.
هنگامی که این جهش در اندازه گیری های قبلی دیده شد، به طور گسترده تصور می شد که یک اتفاق تصادفی است. با این حال، این اندازهگیری جدید و دقیقتر وجود این ناهنجاری را تأیید کرده و سؤالات مهمی را در مورد منشأ آن ایجاد میکند. این تحقیق در 19 اکتبر در مجله Nature منتشر شد.
به گفته رونان لی، نویسنده اول مقاله جدید و دانشجوی فارغ التحصیل در دانشگاه تمپل، اندازه گیری قطبش پذیری الکتریکی پروتون نشان می دهد که چقدر پروتون در برابر تغییر شکل یا کشش در یک میدان الکتریکی حساس است. مانند اندازه یا بار، قطبش پذیری الکتریکی یک ویژگی اساسی ساختار پروتون است.
علاوه بر این، تعیین دقیق قطبش پذیری الکتریکی پروتون می تواند به شرح ارتباط بین توصیفات مختلف پروتون کمک کند. بسته به نحوه کاوش، یک پروتون ممکن است به صورت یک ذره منفرد مات یا به صورت یک ذره مرکب ساخته شده از سه کوارک که توسط نیروی قوی در کنار هم نگه داشته شده اند ظاهر شود.
لی میگوید: ما می خواهیم زیرساخت پروتون را درک کنیم. ما می توانیم آن را مانند یک مدل با سه کوارک متعادل در وسط تصور کنیم. اکنون، پروتون را در میدان الکتریکی قرار دهید. کوارک ها دارای بار مثبت یا منفی هستند. آنها در جهت مخالف حرکت خواهند کرد. بنابراین، قطبش پذیری الکتریکی نشان می دهد که چقدر به راحتی پروتون توسط میدان الکتریکی منحرف می شود.
فیزیکدانان هسته ای از فرآیندی به نام پراکندگی کامپتون مجازی برای بررسی این اعوجاج استفاده کردند. این فرآیند با یک پرتو الکترونهای پرانرژی به دقت کنترل شده از تأسیسات شتابدهنده پرتو الکترونی پیوسته آزمایشگاه جفرسون،آغاز میشود. الکترون ها برای برخورد با پروتون ها در این شتابدهنده ارسال میشوند. در پراکندگی مجازی کامپتون، الکترون ها با گسیل یک فوتون پرانرژی یا ذره نور با ذرات دیگر برهم کنش می کنند. انرژی الکترون تعیین کننده انرژی فوتونی است که از خود ساطع می کند و همچنین نحوه تعامل فوتون با ذرات دیگر را تعیین می کند.
فوتون های کم انرژی ممکن است از سطح پروتون جهش کنند، در حالی که فوتون های پرانرژی بیشتری در داخل پروتون منفجر می شوند تا با یکی از کوارک های آن تعامل کنند. تئوری پیشبینی میکند که وقتی این برهمکنشهای فوتون-کوارک از انرژیهای پایینتر به بالاتر ترسیم شوند، منحنی صافی را تشکیل میدهند.
نیکوس اسپاروریس، دانشیار فیزیک در دانشگاه تمپل و سخنگوی این آزمایش، گفت که این تصویر ساده قابل بررسی نیست. اندازهگیریها در عوض، یک برآمدگی که هنوز غیرقابل توضیح است در نمودار سطح انرژی را نشان دادند.
آنچه ما می بینیم این است که مقداری افزایش موضعی در بزرگی قطبی پذیری وجود دارد. قطبش پذیری با افزایش انرژی همانطور که انتظار می رود کاهش می یابد. و در نقطهای به نظر میرسد که دوباره به طور موقت بالا میآید قبل از اینکه پایین بیاید. بر اساس درک نظری فعلی ما، باید از یک رفتار بسیار ساده پیروی کند. ما چیزی را می بینیم که از این رفتار ساده منحرف می شود و این واقعیتی است که در حال حاضر ما را متحیر کرده است.
این تئوری پیشبینی میکند که الکترونهای پرانرژیتر مستقیمتر نیروی قوی را بررسی میکنند زیرا کوارکها را به یکدیگر متصل میکند تا پروتون بسازد. این جهش عجیب در سفتی که اکنون فیزیکدانان هستهای در کوارکهای پروتون تأیید کردهاند، نشان میدهد که جنبه ناشناختهای از نیروی قوی ممکن است در کار باشد.
وی ادامه داد: نکته ای وجود دارد که ما در این مرحله به وضوح از دست داده ایم. پروتون تنها بلوک ساختمانی مرکب در طبیعت است که پایدار است. بنابراین، اگر نکته اساسی را درباره شناخت آن از دست بدهیم، پیامدهایی برای تمام فیزیک دارد.
فیزیکدانان گفتند که گام بعدی بررسی بیشتر جزئیات این ناهنجاری و انجام کاوشگرهای دقیق برای بررسی سایر نقاط انحراف و ارائه اطلاعات بیشتر در مورد منبع ناهنجاری است.
