Ważne osiągnięcie fizyków

Jak zbudowane są jądra atomowe? Eksperyment Marathon rzuca nowe światło na kwarki

Kwarki są podstawowymi „cegiełkami” materii, ale zrozumienie interakcji, w które wchodzą nie należy do najprostszych. Naukowcy starają się robić to od dawna, a jednych z ciekawszych wyników daje eksperyment Marathon.

Kwarki są rodzajami cząstek elementarnych i podstawowymi składnikami materii. Cała obserwowana materia składa się z kwarków górnych, kwarków dolnych i elektronów.

Pracowaliśmy nad teoretyczną analizą eksperymentu Marathon, który trwał 20 lat od koncepcji do publikacji. Pierwotnym jego celem był dokładny pomiar rozkładu kwarków, w szczególności kwarka dolnego.prof. Anthony Thomas z University of Adelaide

Wszystkie znane siły natury można sprowadzić do czterech fundamentalnych sił: grawitacji, elektromagnetyzmu, oddziaływania silnego i oddziaływania słabego. To one decydują o tym, jak obiekty lub cząstki oddziałują na siebie albo jak się rozpadają.

Zrozumienie, jak kwarki działają w odniesieniu do pędu protonu, jest fundamentalną właściwością, która wymykała się pomiarom od czasu odkrycia kwarków 50 lat temu. To test chromodynamiki kwantowej, fundamentalnej teorii silnych oddziaływań.prof. Anthony Thomas

Koniec Marat(h)onu

Eksperyment Marathon w ciągu 20 lat zebrał cenne dane na temat kwarków i natury materii – przyczyniły się one do potwierdzenia innych badań prowadzonych w tym czasie na całym świecie. Najważniejszym wnioskiem eksperymentu jest poszerzenie wiedzy o tym, jak zbudowane są jądra atomowe.

Fundamentalnym pytaniem fizyki jądrowej, na które nie ma odpowiedzi, jest to, czy jądra zbudowane są z protonów i neutronów, czy też z kwazicząstek o liczbach kwantowych neutronów i protonów, ale o wewnętrznej strukturze kwarków, która została zmieniona przez ogromne siły działające wewnątrz jąder atomowych.prof. Anthony Thomas

Dowody takich zachowań zaobserwowano w CERN w ramach projektu EMC (European Muon Collaboration). Powstał on w 1973 r. w celu zbadania interakcji wysokoenergetycznych mionów. Badania przeprowadzone dekadę temu przez prof. Thomasa na University of Adelaide sugerowały istnienie nowego sposobu zachowania się kwarków.

Nasza praca sugerowała, że w jądrze o nierównej liczbie neutronów i protonów zmiana rozkładu pędu kwarków górnych i dolnych będzie inna. Nasza analiza danych z Maratonu, którą rozpoczęliśmy 20 lat temu, dostarczyła pierwszej doświadczalnej wskazówki na istnienie tego izowektorowego efektu EMC. Z pewnością zainspiruje to wiele dalszych eksperymentów, które ostatecznie powiedzą nam, czy naprawdę mamy nowy paradygmat, w jaki zbudowane są jądra atomowe.prof. Anthony Thomas

Wyniki badań zostały opublikowane w Physical Review Letters.