Natuurkundigen kunnen anomalie in protonexperiment nog steeds niet verklaren • The Register

Natuurkundigen in Amerika hebben een vreemde meting bevestigd die voor het eerst werd ontdekt door wetenschappers die de interne structuur van protonen twee decennia geleden onderzochten.

Dit laatste experiment – uitgevoerd in de Thomas Jefferson National Accelerator Facility door een team van academici, voornamelijk van de Temple University in Philadelphia – laat zien dat het standaardmodel van protonsamenstelling niet helemaal klopt en geeft aan dat wetenschappers protonen nog steeds niet helemaal begrijpen evenals verondersteld.

Tegenwoordig wordt begrepen dat protonen en andere subatomaire deeltjes in het algemeen bestaan ​​uit quarks, zelfs kleinere deeltjes die fractionele ladingen dragen. Het vereenvoudigde, standaardmodel stelt dat protonen twee positief geladen quarks en één negatief geladen quark bevatten. Klinkt duidelijk, toch?

Maar realistischer is het proton een wirwar van ontelbare quarks en antiquarks die met elkaar interageren door gluonen uit te wisselen – een afzonderlijk type deeltje dat de sterke kracht vertegenwoordigt die quarks bij elkaar houdt om een ​​proton te vormen.

Dat is echter ook niet helemaal het hele plaatje. Er is iets vreemds aan de hand in het subatomaire deeltje en we zijn een paar decennia bezig om uit te zoeken wat dat precies is.

In het Jefferson-lab bombardeerde het team vloeibare waterstof met elektronen om de interne aard van het proton in elk waterstofatoom te bestuderen, met behulp van virtuele Compton-verstrooiing. De elektronen interageren met de protonen van de waterstof, waardoor de quarks van het proton uiteindelijk een foton uitzenden. Detectors meten hoe de elektronen en fotonen verstrooien om de positie en het momentum van de quarks te bepalen. De informatie geeft onderzoekers een idee van de interne structuur van het proton en een manier om de elektrische polariseerbaarheid van het proton te meten.

„We willen de onderbouw van het proton begrijpen“, zegt Ruonan Li, eerste auteur van de studie gepubliceerd in Nature en een afgestudeerde student aan Temple University, in een verklaring.

„En we kunnen het ons voorstellen als een model met de drie gebalanceerde quarks in het midden. Zet nu het proton in het elektrische veld. De quarks hebben positieve of negatieve ladingen. Ze zullen in tegengestelde richtingen bewegen. Dus de elektrische polariseerbaarheid weerspiegelt hoe gemakkelijk zal het proton worden vervormd door het elektrische veld.“

De vervorming laat zien hoeveel een proton kan uitrekken onder een elektrisch veld. Volgens conventionele theorieën zouden protonen stijver moeten worden omdat ze worden vervormd door elektrische velden bij hogere energieën. Een grafiek die de elektrische polariseerbaarheid uitzet tegen de sterkte van een elektrisch veld zou vloeiend moeten zijn, maar de onderzoekers zagen een karakteristieke bobbel.

Die hobbel is de vreemde meting die het Temple-team heeft bevestigd.

„Wat we eigenlijk zien, is dat de elektrische polariseerbaarheid in het begin monotoon afneemt, maar op een gegeven moment is er een lokale verbetering van deze eigenschap voordat deze weer naar beneden gaat,“ Nikos Sparveris, co-auteur van het artikel en een universitair hoofddocent van natuurkunde aan de Temple University, vertelde Het register.

Het is op dit moment niet duidelijk wat de oorzaak van dit effect kan zijn

„Het is op dit moment niet duidelijk wat de oorzaak van dit effect kan zijn.“

Het team denkt dat de hobbel laat zien dat een onbekend mechanisme de sterke kracht op de een of andere manier kan beïnvloeden.

„De eerste hint voor een dergelijke anomalie werd 20 jaar geleden gemeld (dat was een experiment in de MAMI Microtron in Duitsland), maar de resultaten kwamen met vrij grote onzekerheid en werden in de tussentijd niet onafhankelijk bevestigd. In dit werk konden we meet nauwkeuriger. In ons nieuwe experiment vinden we inderdaad bewijs voor een structuur in de elektrische polariseerbaarheid, maar we nemen de helft van de omvang waar vergeleken met wat oorspronkelijk werd gerapporteerd, „voegde hij eraan toe.

De elektrische polariseerbaarheid geeft wetenschappers een manier om de interne structuur van een proton en de kracht die het samenbindt te onderzoeken. „De gerapporteerde metingen suggereren de aanwezigheid van een nieuw, nog niet begrepen dynamisch mechanisme in het proton en bieden opmerkelijke uitdagingen voor de nucleaire theorie“, aldus de paper van het team. [Arxiv preprint].

De groep is van plan meer vervolgexperimenten uit te voeren om de afwijkende bult in meer detail te bestuderen. „We moeten de vorm van zo’n structuur zo precies mogelijk identificeren (het is een belangrijke input voor de theorie, om de oorzaak van het effect te verklaren) en we moeten elke mogelijkheid elimineren dat dit effect een experimenteel artefact zou kunnen zijn ’, besluit Sparveris. ®

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert