Физиктердің 1983 жылдан бері белгілі болған құпия ақиқаты: протондар мен нейтрондар атом ішінде болғанда және ғарышта еркін өзгермелі болғанда әртүрлі әрекет етеді. Атап айтқанда, бұл протондар мен нейтрондарды құрайтын субатомдық бөлшектер - кварктар - атом ядросының ішінде болса, өте баяулайды.

Әрине, физиктер оны ұнатпайды, себебі нейтрондар атом ішіне кірмейтініне қарамастан, нейтрондар болып табылады. Протондар әрдайым протондар. Протондар да, нейтрондар да («нуклондар» деп аталатын бөлшектердің сыныбын құрайтын) кварктар деп аталатын үш кіші бөлшектерден тұрады, ал ядролардың өздері атом ядросының тәртібінің масштабында әрекет ететін күшті ядролық өзара әрекеттесу арқылы бір-бірімен байланысады.

Массачусетс технологиялық институтының физик-ғалымы Ор Хьюннің айтуынша, «Кварктерді ядроға қойған кезде олар баяу қозғала бастайды және бұл өте қызық». Бұл өте қызықты, өйткені кварк арасындағы күшті өзара әрекеттесу олардың жылдамдығын анықтайды, ал ядросы байланыстыратын күштер (сонымен бірге ядродағы кварктілерге әрекет ету) оларға қарағанда әлсіз болуы керек », - деді Хён.

Және ядродағы кварктің әрекетін өзгерте алмайтын белгілі күш жоқ. Дегенмен, әсері: қарапайым бөлшектерді зерттейтін физиктер оны ЕМС эффектісі деп атайды, ол Еуропалық Муон ынтымақтастығының құрметіне, оны ашқан CERN-да ғалымдар тобына айналды. Жақын уақытқа дейін ғалымдар бұл әсердің не екенін білмеді.

Ядродтағы екі бөлшектер әдетте бір-біріне шамамен 8 миллион электронды кернеумен (8 МэВ) тартылады. Протондағы немесе нейтрондағы кварктар шамамен 1000 МэВ күштерімен өзара байланысты. Сондықтан, ядро ​​ыдыраудан сақтайтын күшті өзара әрекеттесу кварктердің өзара әрекеттесуіне әсер етуі екіталай. «Мыңның жанында сегіздік деген не?» Деп сұрайды Хён.

Атомды электронмен бомбалау процесі. Түпнұсқа траекториядан ауытқып кеткен электрондардың саны бойынша кварктің («u» және «d») өлшемін түсінуге болады, сондықтан олардың жылдамдығын білуге ​​болады, өйткені олар үшін бұл мәндер бір-бірімен байланысты.

EMC әсері сыртқы күштен шамалы «басу» сияқты көрінбейді. Хэндің айтуынша, ол бір атом ядросынан екіншісіне ауысса да, «бұл кездейсоқ қателік емес». Экспериментте қолданылатын ядроға байланысты нуклондардың айқын мөлшері (олардың жылдамдығына тікелей байланысты) 10-20 пайызға дейін өзгеруі мүмкін. Мысалы, протондар мен нейтрондар алтынның атомының ядросында 20 пайызға аз, олар еркін жүзіп жүргеннен гөрі.

Хённың айтуынша, теоретиктер бұл не болып жатқанын түсіндіру үшін көптеген түрлі модельдер жасады. «Менің досым EMC-нің« әрбір модель жақсы »деп айтқаны туралы әңгімеледі, себебі әрбір модель бұл әсерді түсіндіреді», - деді ол.

Бірақ уақыт өте келе физиктер бұл түрлі үлгілерді сынап, көптеген эксперименттер жүргізді, және олар бір-бірінен құлады. «Алынған мәліметтерді ешкім түсіндіре алмады, бізде әлі де үлкен құпия бар. Бізде кварктардың әртүрлі ядролардың барлық түрлерінде қалай қозғалуының көптеген өлшемдері бар еді және біз не болып жатқанын түсіндіре алмадық », - деді Хён.

Бірден Хён мен оның әріптестері барлық құпияны түсіндіруге тырысқанның орнына нейтронды және протонды өзара әрекеттесудің тек бір ерекше жағдайын қарастыруға шешім қабылдады. Көптеген жағдайларда ядродағы протондар мен нейтрондар бір-бірімен қиылыспайды, орнына шекараларды құрметтейді - тіпті егер олар шын мәнінде кәдімгі кварктар жүйесі болса да, мектеп оқулықтарынан бізге таныс «шарлар» емес. Бірақ кейде нуклондар бар ядрода біріктіріліп, ғалымдардың «коррелирленген жұптар» деп атайтындарға айнала отырып, бір-бірімен қысқа мерзімде физикалық түрде басталады. Кез-келген уақытта ядродағы нуклондардың шамамен 20 пайызы осы жолмен жабылады.

Бұл орын алған кезде кварктардың арасындағы үлкен көлемдегі энергия ағымы, олардың байланысқан құрылымын және мінез-құлқын түбегейлі өзгертеді - күшті ядролық өзара әрекеттесуден туындаған құбылыс. Табиғат журналында 20 ақпанда шыққан мақалада зерттеушілер бұл энергия ағымы ЭМҮ әсерін дәл ескереді деп санайды.


Ядрондағы нуклондық корреляция процесінің көркемдік сипаттамасы.

Хен басқарған ғалымдар тобы электрондармен көптеген түрлі ядроларға бомбаланған және коррелирленген нуклон жұптары мен ЭМҮ эффектісі арасында тікелей байланыс орнатқан. Хён мәліметтері бойынша, олардың деректері ядроға түскенде көптеген нуклондардағы кварктар мүлде өзгермейтінін дәлелдейді. Бірақ, олардың коррелирленген жұптарын құрайтын солардың кейбіреулері мінез-құлқын өзгертеді, олар кез-келген экспериментте орташа нәтижелерді бұрмалайды. Яғни ЭМҮ әсері - барлық протондар мен нейтрондардың әрекетін өзгерту емес, атом ядросындағы кварктілердің тығыз орауынан туындаған аз ғана ауытқулардың нәтижесі.

Осы мәліметтерге сүйене отырып, команда EMC әсерінің әртүрлі ядроларға қалай әрекет ететінін дәл сипаттайтын математикалық функцияны жасады. Джордж Фэлдман, Джордж Вашингтон университетінің физик Джералд Фельдмэн, осы мақаланы хендік топты зерттеуге жазған, бірақ оған қатыспаған: «Олар [мақала авторлары] болжам жасады.

Бұл нуклондық конъюга әсері EMC басқатырғышына нақты жауап, - деді Фельдман. 35 жыл өткеннен кейін қарапайым бөлшектер физиктері көптеген проблемалар мен сәтсіз болжамдардан кейін бұл мәселені шеше бастады. Хен, ол және оның әріптестері бұл мәселені тереңірек зерттеу және атомдардағы жұптасқан нуклондардың мінез-құлқы туралы жаңа белгісіз шындықтарды ашу үшін келесі эксперименттерді жоспарлағанын айтады.