Объяснена загадочная аномалия внутри атомов

Физики Массачусетского технологического института нашли объяснение 35-летней загадке о том, почему внутри ядер атомов импульсы кварков распределены иначе, чем в свободных протонах и нейтронах. Оказалось, что это происходит из-за того, что между нуклонами возникают кратковременные корреляции. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org.

Ученые проанализировали данные, полученные в ходе проведенного в 2004 году эксперимента на детекторе элементарных частиц в лаборатории Джефферсона. Тогда ядра углерода, алюминия, железа и свинца, а также дейтерия (изотопа водорода, содержащего в ядре протон и нейтрон) облучали электронами с энергией 5,01 гигаэлектронвольт. При этом детекторы регистрировали как выбитые частицы, так и рассеянные электроны.

Полученные результаты подтвердили наличие короткодействующих корреляций (англ. short-range correlations) между протонами и нейтронами, которые действуют несколько секунд. При этом их структуры временно перекрываются. Исследователи вывели функцию для ближних корреляций, которая описывает эффект EMC — несовпадение между импульсами в свободных протонах и нейтронах и нуклонах в составе атомных ядер. Согласно этой модели, корреляции способствуют перераспределению кварков и изменяют их импульсы.

Эффект EMC был обнаружен в 1983 году учеными ЦЕРН в составе Европейской мюонной коллаборации (англ. European Muon Collaboration). Хотя по этой теме было опубликовано более тысячи научных работ, до сих пор однозначного объяснения этому явлению нет, в связи с чем его называют одной из нерешенных задач физики.