دانشمندان هسته ای تایید کرده اند که توصیف کنونی از ساختار پروتون کامل نیست. با توجه به اندازه گیری دقیق جدید قطبش پذیری الکتریکی پروتون در کاوشگرهای ساختار پروتون، افزایش یافته است. تأسیسات شتاب دهنده ملی توماس جفرسون وزارت انرژی ایالات متحده.
اندازه گیری دقیق چگونگی تغییر شکل ساختار پروتون در یک میدان الکتریکی جزئیات جدیدی را در مورد یک جهش غیرقابل توضیح در داده های پروتون فاش کرده است. اندازه قطبش پذیری الکتریکی پروتون نشان می دهد که چقدر این پروتون حساس است پروتون تغییر شکل یا کشش در یک میدان الکتریکی است. همچنین وجود این ناهنجاری را تأیید کرد و سؤالاتی را در مورد منشأ آن ایجاد کرد.
علاوه بر این، ارزیابی دقیق قطبش پذیری الکتریکی پروتون می تواند به پر کردن شکاف بین توضیحات مختلف پروتون کمک کند. یک پروتون ممکن است مانند یک ذره مات منفرد یا یک ذره مرکب متشکل از سه کوارک بسته به اینکه چگونه کاوش می شود توسط یک نیروی قوی کنار هم نگه داشته می شود.
روونان لی، اولین نویسنده مقاله جدید و دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه تمپل، گفت: ما می خواهیم زیرساخت پروتون را درک کنیم. و ما می توانیم آن را مانند یک مدل با سه کوارک متعادل در وسط تصور کنیم. حالا 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 آسان است میدان الکتریکی پروتون را تحریف می کند."
دانشمندان هسته ای از تکنیکی به نام پراکندگی کامپتون مجازی برای بررسی این اعوجاج استفاده کردند. با پرتوی دقیق تنظیم شده از الکترون های قدرتمند از تأسیسات شتاب دهنده پرتو الکترونی پیوسته آزمایشگاه جفرسون آغاز می شود. الکترون ها به پروتون ها برخورد می کنند.
در پراکندگی مجازی کامپتون، الکترون ها با گسیل یک فوتون یا ذره نور پرانرژی 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.
در حالی که فوتون های پرانرژی بیشتری در داخل پروتون شلیک می کنند تا با یکی از آن درگیر شوند کوارک ها، فوتون های انرژی کمتر ممکن است از سطح پروتون جهش کنند. طبق تئوری، زمانی که این برهمکنش‌های فوتون-کوارک از انرژی‌های پایین‌تر به بالاتر ترسیم شوند، منحنی صاف ظاهر می‌شود.
نیکوس اسپاروریس، دانشیار فیزیک در دانشگاه تمپل و سخنگوی این آزمایش، گفت که این تصویر ساده قابل بررسی نیست. اندازه‌گیری‌ها در عوض، یک برآمدگی هنوز غیرقابل توضیح را نشان دادند.
ما می بینیم که مقداری افزایش محلی در بزرگی قطبش پذیری وجود دارد. همانطور که انتظار می رود با افزایش انرژی، قطبش پذیری کاهش می یابد. و در نقطه ای، به نظر می رسد که دوباره به طور موقت بالا می آید 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 یک جنبه ناشناخته از نیروی قوی ممکن است در کار باشد.
"چیزی وجود دارد که ما در این مرحله از دست داده ایم. پروتون تنها بلوک ساختمانی مرکب در طبیعت است که پایدار است. بنابراین، اگر چیزی اساسی را در آنجا از دست بدهیم، پیامدها یا پیامدهایی برای تمام فیزیک دارد.»
فیزیکدانان گفتند "گام بعدی این است که جزئیات این ناهنجاری را بیشتر بررسی کنیم و کاوشگرهای دقیقی را برای بررسی سایر نقاط انحراف و ارائه اطلاعات بیشتر در مورد منبع ناهنجاری انجام دهیم."
اسپاروریس گفت:, ما همچنین باید شکل این پیشرفت را دقیقاً اندازه گیری کنیم. شکل برای توضیح بیشتر نظریه مهم است.»
مرجع مجله:
- Li، R.، Sparveris، N.، Atac، H. و همکاران. ساختار الکترومغناطیسی پروتون اندازه گیری شده از پیش بینی های نظری انحراف دارد. طبیعت (2022) DOI: 10.1038/s41586-022-05248-1
