Атомско језгро је необично место. Познато је да садржи протоне и неутроне. Ове честице, или
Мистерије снажне интеракције, којеодређује кретање ових честица, приморава научнике да траже нове начине да погледају унутар атома да би разумели шта се тамо дешава. Физичари су смислили нову методу која користи атоме огледала и открили да се протони сударају са својим колегама протонима, а неутрони са својим колегама неутронима, чешће него што се очекивало.
Шта је јака интеракција?
Јака нуклеарна сила је једна одфундаменталне интеракције заједно са гравитацијом, електромагнетизмом и слабом интеракцијом. Најбоље се проучава на квантном нивоу. Интеракција између кваркова (елементарних честица које сачињавају материју) и глуона (безмасених носилаца снажне интеракције) описује квантна хромодинамика.
Научници верују да је сваки кваркносилац специфичног квантног наелектрисања. Зове се боја, иако је ово конвенционални израз који нема никакве везе са оптичким својствима. Поред тога, има дефинисан вектор стања у сложеном 3Д простору боја.&нбсп;
Снажна интеракција је процес у комекваркови размењују наелектрисање (боју) које носи глуон. За разлику од фотона у електромагнетној интеракцији, који је јединствен и нема сопствени набој, сваки глуон носи одређену боју. Истраживачи идентификују осам типова таквих честица са различитим наелектрисањем.
Шема јаке интеракције. Слика: Манисхеартх,&нбсп;ЦЦ БИ-СА 3.0, преко Викимедиа Цоммонс
Као што име каже, јака сила јенајмоћнији, али делује само на малим удаљеностима, упоредивим са величином атомског језгра и мањим. Невероватна карактеристика ове интеракције је да како се растојање између кваркова повећава, оно се повећава, а како се смањује, оно слаби.&нбсп;
Овај ефекат изазива затварање - закључавање кваркова унутар хадрона (сложене честице). Дакле, кварк не може постојати у слободном простору, већ само као део сложенијих честица.
Поремећај интеракције између два кварка под дејством енергије доводи до рађања новог пара кварка и антикварка. Анимација: Манисхеартх, ЦЦ БИ-СА 3.0, преко Викимедиа Цоммонс
Иако је јака сила најразвијенија теорија у физици честица, интеракције сложених честица као што су хадрони и нуклеони (протони и неутрони) је веома тешко израчунати.
Како се мери интеракција нуклеона?
Условни модел атома (лево) и хелијума-4 (десно). Сива боја је облак електрона, увећана слика приказује језгро. Десна слика: Корисник:Измо, ЦЦ БИ-СА 3.0, преко Викимедијине оставе
Атомска језгра се често приказују као густакластери протона и неутрона су се заглавили, али у ствари ови нуклеони се стално окрећу један око другог. Истовремено се поново сударају и распршују, али се на „еластичном појасу” снажне интеракције враћају назад. У већини језгара, научници процењују да нуклеони проводе око 20% свог живота у побуђеним стањима високог импулса изазваних овим сударима.
Правилно тумачење скупа физичкихексперименти, попут оних спроведених на Великом хадронском сударачу и другим акцелераторима честица, зависе од тога колико добро научници разумеју такве сударе.
Да би их проучавали, физичари раде наатомска језгра са сноповима електрона високе енергије. Ако измерите са којом енергијом и у ком правцу је електрон почео да се креће када се сударио са позитивно наелектрисаним протоном атомског језгра, можете утврдити којом брзином се кретао.&нбсп;
Поред тога, високо наелектрисани електрон имадовољан замах да прекине снажну интеракцију и избаци "побуђени" протон из атомског језгра. У процесу прекида везе, у великом броју случајева, за њим се избацује његов „партнер” – честица са којом се последњи пут сусрео и повезана је снажном интеракцијом.&нбсп;
У класичним експериментима физичари користерачунајући тако „избачене“ парове два протона, или протона и неутрона, да би се утврдило како нуклеони интерагују у атомима језгра. Експерименти у којима су електронима озрачена језгра различитих атома од угљеника са 12 нуклеона до олова са 208 показали су приближно исту расподелу: скоро 95% свих судара је у паровима протон-неутрон, а 5% у интеракцији између идентичних нуклеона.
Недостатак ове методе је у томе штотачни судари у којима се обе честице емитују из језгра су прилично ретке, а на честице у атомима могу утицати и други фактори. Због тога мерења садрже мало података, а резултати имају велику грешку.
Шта је показао експеримент са језгрима огледала?
Да би заобишли ово ограничење, научници су смислилинова метода. Одлучили су да зраче "огледало" атомска језгра. Атом хелијума-3 (стабилан изотоп хелијума) има исти број нуклеона као трицијум (изотоп водоника). Али ако се у првом случају језгро састоји од два протона и једног неутрона, онда је у другом случају све управо супротно.&нбсп;
Научници су схватили да ако сваки од овихатома, онда ће разлика у скуповима нуклеона помоћи да се прецизније одреди како протони и неутрони атомских језгара међусобно делују. У новом експерименту било је могуће прикупити много више података него у претходним, јер анализа није захтевала ретке догађаје троструке случајности, када су обе побуђене честице излетеле из језгра, била је довољна чак и једна;
Истраживачи наводе да се нови метод повећаотачност мерења 10 пута. Међутим, нису очекивали да ће се интеракције нуклеона у једноставним атомима много разликовати од оних сложених које су тестиране у претходним експериментима.
У раду који је недавно објављен у часописуПрирода, физичари наводе да је удео интеракција између идентичних честица (судари протон-протон и неутрон-неутрон) много већи: износи око 20%.
Желели смо да извршимо знатно прецизнија мерења, али нисмо очекивали да ће се она много разликовати.
Џон Арингтон, истраживач Беркли лабораторије и коаутор новог рада
Шта је следеће?
Истраживачи верују да је разлика уинтеракција честица може се објаснити управо величином језгара. Главни процеси расејања - промене у смеру кретања честица при судару са другима - дешавају се са паровима протона и неутрона, рекао је Арингтон. Али током зрачења постоје и други узроци који могу изазвати расејање и утицати на све врсте нуклеона.
На пример, могу зависити од удаљености измеђучестице које су веће у лаким језгрима него у тешким. Да би потврдили ову хипотезу или пронашли алтернативно објашњење, научници планирају да спроведу сличне експерименте са другим светлосним атомима.&нбсп;
Разумевање принципа одговорних за интеракцијукомпозитне честице су од не само теоријског већ и практичног интереса. Ови детаљи су важни за анализу података у високоенергетским експериментима на кварковима, глуонима и другим елементарним честицама као што су неутрини. Поред тога, управо ови процеси објашњавају интеракцију нуклеона који формирају неутронске звезде.
Опширније:
Прве слике подземног дела Марса изненадиле су научнике
Галаксија која се налази 12 милијарди светлосних година од Земље 'склупчала' се у Ајнштајнов прстен
Биљка на Марсу производи кисеоник брзином просечног дрвета