Ево тајанствене истине коју научници знају од 1983. године: Протони и неутрони дјелују различито када се налазе у атому, насупрот томе да слободно лете кроз свемир. Наиме, субатомске честице које чине те протоне и неутроне, зване кваркови, масовно успоравају након што су ограничене на језгро у атому.
Физичарима се ово заиста није допало, јер су неутрони неутрони, било да су у неком атому или не. А протони су протони. И протони и неутрони (који заједно чине класу честица званих "нуклеони") сачињене су од три мање честице, назване кваркови, повезане заједно јаком силом.
"Када ставите кваркове у језгро, они почињу да се крећу спорије, а то је врло чудно", рекао је коаутор студије Ор Хен, физичар са Масачусетског технолошког института. То је чудно, јер снажне интеракције између кваркова углавном одређују њихову брзину, док би силе које вежу језгро (а такође делују и на кваркове у језгру) требале бити врло слабе, додао је Хен.
И нема друге познате силе која би требало тако интензивно да модификује понашање кваркова у језгри. Ипак, ефекат остаје: Физичари честица називају га ЕМЦ ефект, назван по европској муонској сарадњи, групи која га је открила. И до недавно, научници нису били сигурни шта је то изазвало.
Две честице у језгру се обично спајају силом од око 8 милиона електрон-волти (8 МеВ), мерењем енергије у честицама. Кваркови у протону или неутрону су повезани око 1000 МеВ. Дакле, нема смисла да релативно благе интеракције језгра драматично утичу на снажне интеракције унутар кваркова, рекао је Хен за Ливе Сциенце.
"Шта је осам поред 1.000?" рекао је.
Али ЕМЦ ефекат не личи на благе притиске спољашње силе. Иако се разликује од једне врсте до друге, "то није као пола процента. Ефекат искочи из података након што будете довољно креативни да креирате експеримент да бисте га тражили", рекао је Хен.
У зависности од језгра које се ради, привидна величина нуклеона (што је функција њихове брзине) може се мењати за 10 до 20 процената. На пример, у златном језгру, протони и неутрони су 20 процената мањи него што слободно лебде.
Теоретичари су смислили пуно различитих модела да објасне шта се овде догађа, рекао је Хен.
"Мој пријатељ се нашалио да ЕМЦ стоји за" Сви су модели цоол ", јер се чинило да сваки модел то може објаснити", рекао је.
Али с временом су физичари направили још експеримената, тестирајући те различите моделе, и један за другим су пропадали.
"Нико није могао објаснити све податке, а остали смо са великом загонетком. Сада имамо пуно података, мерења како се крећу кваркови у разним језграма, и нисмо могли да објаснимо шта се дешава ," рекао је.
Уместо да покушају да објасне сву загонетку одједном, Хен и његове колеге одлучили су да размотре само један посебан случај интеракције неутрона и протона.
Под већином околности, протони и неутрони у језгру се не преклапају једни са другима, већ поштују међусобне границе - иако су заиста само системи везаних кваркова. Али понекад се нуклеони повежу у постојеће језгре и почињу се накратко, физички преклапати један с другим, постајући оно што научници називају „корелирани парови“. У сваком се тренутку око 20 процената нуклеона у језгру на тај начин преклапа.
Када се то догоди, огромне количине енергије тече међу кварковима, у основи променијући њихову везујућу структуру и понашање - феномен проузрокован јаком силом. У раду објављеном 20. фебруара у часопису Натуре, истраживачи тврде да овај проток енергије управо објашњава ЕМЦ ефекат.
Тим је бомбардовао пуно различитих врста језгара са електронима и пронашао је директну везу између тих нуклеонских парова и ЕМЦ ефекта.
Њихови подаци снажно указују, рекао је Хен, да се кваркови у већини нуклеона уопште не мењају када уђу у језгро. Али мало оних који су укључени у нуклеонске парове мењају своје понашање тако драматично да искривљавају просечне резултате у било којем експерименту. Толико кваркова упакованих у тако мали простор изазива неке драматичне ефекте јаке силе. ЕМЦ ефекат је резултат само мањине аномалија, а не промена понашања свих протона и неутрона.
Из података је тим добио математичку функцију која тачно описује како се ЕМЦ ефекат понаша из једног језгра у други.
"Предвиђали су и њихова предвиђања су мање-више потврђена", рекао је Гералд Фелдман, физичар са Универзитета Георге Васхингтон који је написао пратећи чланак Невс & Виевс у истом броју Натуре, али није био укључен у истраживање.
То је снажан доказ да је овај ефекат упаривања прави одговор на мистерију ЕМЦ-а, рекао је Фелдман Ливе Сциенце.
Чини се да су после 35 година физичари честица овај проблем решили са превише неуобичајених решења. Хен је рекао да он и његове колеге већ имају следеће експерименте који су планирани да још дубље истраже то питање и открију нове непознате истине о понашању упарених нуклеона унутар атома.
