Protonen zijn mogelijk rekbaarder dan de natuurkunde voorspelt

Protonen zijn misschien rekbaarder dan ze zouden moeten zijn.

De subatomaire deeltjes zijn opgebouwd uit kleinere deeltjes, quarks genaamd, die aan elkaar zijn gebonden door een krachtige interactie die bekend staat als de sterke kracht. Nieuwe experimenten lijken aan te tonen dat de quarks meer dan verwacht reageren op een elektrisch veld dat aan hen trekt, rapporteren natuurkundige Nikolaos Sparveris en collega’s op 19 oktober in Natuur. Het resultaat suggereert dat de sterke kracht niet zo sterk is als de theorie voorspelt.

Het is een bevinding die op gespannen voet staat met het standaardmodel van de deeltjesfysica, dat de deeltjes en krachten beschrijft die ons en alles om ons heen vormen. Het resultaat heeft sommige natuurkundigen verbijsterd over hoe ze het moeten verklaren – of zelfs maar moeten proberen.

„Het is zeker een raadsel voor de fysica van de sterke interactie, als dit aanhoudt“, zegt Sparveris van Temple University in Philadelphia.

Dergelijke rekbaarheid is in experimenten van andere laboratoria opgedoken, maar was niet zo overtuigend, zegt Sparveris. De rekbaarheid die hij en zijn collega’s maten was minder extreem dan in eerdere experimenten, maar bracht ook minder experimentele onzekerheid met zich mee. Dat vergroot het vertrouwen van de onderzoekers dat protonen inderdaad rekbaarder zijn dan de theorie zegt dat ze zouden moeten zijn.

In de Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Newport News, Virginia, onderzocht het team protonen door elektronen af ​​te vuren op een doelwit van ultrakoude vloeibare waterstof. Elektronen die van protonen in de waterstof verstrooien, onthulden hoe de quarks van de protonen reageren op elektrische velden (SN: 13-09-22). Hoe hoger de elektronenenergie, hoe dieper de onderzoekers in de protonen konden kijken, en hoe meer de elektronen onthulden over hoe de sterke kracht in protonen werkt.

Voor het grootste deel bewogen de quarks zoals verwacht toen elektrische interacties de deeltjes in tegengestelde richtingen trokken. Maar op een gegeven moment, toen de elektronenenergie toenam, leken de quarks sterker te reageren op een elektrisch veld dan de theorie had voorspeld.

Maar het gebeurde alleen voor een klein aantal elektronenenergieën, wat leidde tot een hobbel in een plot van de rek van het proton.

„Gewoonlijk is het gedrag van deze dingen vrij, laten we zeggen, soepel en er zijn geen hobbels“, zegt natuurkundige Vladimir Pascalutsa van de Johannes Gutenberg-universiteit in Mainz in Duitsland.

Pascalutsa zegt dat hij vaak graag in raadselachtige problemen duikt, maar de vreemde rekbaarheid van protonen is te vaag voor hem om op dit moment potlood op papier te zetten. „Je moet heel, heel inventief zijn om met een heel raamwerk te komen dat op de een of andere manier een nieuw effect voor je vindt“ om de hobbel te verklaren, zegt hij. „Ik wil de buzz niet doden, maar ja, ik ben nogal sceptisch als theoreticus dat dit ding zal blijven.“

Er zullen meer experimenten nodig zijn om theoretici zoals hij enthousiast te maken over ongewoon rekbare protonen, zegt Pascalutsa. Hij zou zijn wens kunnen vervullen als de hoop van Sparveris wordt vervuld om het experiment opnieuw te proberen met positronen, de antimaterieversie van elektronen, in plaats daarvan verstrooid door protonen.

Een totaal ander type experiment zou rekbare protonen aantrekkelijker kunnen maken, zegt Pascalutsa. Een aanstaande studie van het Paul Scherrer Instituut in Villigen, Zwitserland, zou uitkomst kunnen bieden. Het zal waterstofatomen gebruiken die muonen hebben in plaats van de elektronen die gewoonlijk rond de kernen van atomen draaien. Muonen zijn ongeveer 200 keer zo zwaar als elektronen en draaien veel dichter bij de kern van een atoom dan elektronen – waardoor het proton binnenin beter kan worden bekeken (SN: 10/5/17). Het experiment zou inhouden dat de „muonische waterstof“ met lasers wordt gestimuleerd in plaats van andere elektronen of positronen ervan te verstrooien.

„De precisie in de muonische waterstofexperimenten zal veel hoger zijn dan wat dan ook kan worden bereikt in verstrooiingsexperimenten“, zegt Pascalutsa. Als daar ook de rekbaarheid opduikt, „dan zou ik hier meteen naar gaan kijken.“

Kommentar verfassen

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