Prvý koherentný obrázok atómového jadra z kvarkov a gluónov

Atómové jadro sa skladá z protónov a neutrónov, častíc, ktoré existujú vďaka interakcii kvarkov spojených gluónmi. Zdá sa teda, že by nemalo byť ťažké reprodukovať všetky vlastnosti atómových jadier, ktoré sa doteraz pozorovali v jadrových experimentoch, len pomocou kvarkov a gluónov. Medzinárodnému tímu fyzikov sa to však podarilo až teraz. Od objavu hlavných zložiek atómových jadier – protónov a neutrónov – uplynulo takmer sto rokov.

Spočiatku sa nové častice považovali za nedeliteľné. V 60. rokoch 20. storočia sa však objavil predpoklad, že pri dostatočne vysokých energiách protóny a neutróny odhalia svoju vnútornú štruktúru – prítomnosť kvarkov, ktoré sú držané pohromade gluónmi. Čoskoro potom bola existencia kvarkov potvrdená experimentálne.

Preto sa môže zdať prekvapujúce, že napriek uplynutiu mnohých desaťročí nikto nedokázal pomocou kvarkovo-gluónových modelov reprodukovať výsledky jadrových experimentov pri nízkych energiách, keď sú v atómových jadrách viditeľné len protóny a neutróny. Až teraz sa to podarilo vedcom z medzinárodnej spolupráce nCTEQ. Článok o tom uverejnili v časopise Physical Review Letters.

Tímu sa podarilo preklenúť priepasť medzi dvoma paralelnými opismi atómových jadier, z ktorých jeden je založený na protónoch a neutrónoch a druhý na kvarkoch a gluónoch. Pomocou údajov z vysokoenergetických zrážok vrátane údajov získaných na urýchľovači LHC v CERN-e v Ženeve sa fyzikom podarilo preskúmať partónovú štruktúru atómových jadier pri vysokých energiách, ktoré sú v súčasnosti opísané partónovými distribučnými funkciami (PDF).

Tieto funkcie sa používajú na mapovanie toho, ako sú kvarky a gluóny distribuované vo vnútri protónov a neutrónov a v celom atómovom jadre. Nový prístup umožnil vedcom určiť partónové distribučné funkcie v atómových jadrách, rozloženie partónov v korelovaných nukleónových pároch a dokonca aj počet takýchto korelovaných párov pre 18 skúmaných atómových jadier. Výsledky potvrdili pozorovania z nízkoenergetických experimentov, že väčšinu korelovaných párov tvoria protónovo-neutrónové páry.

Tento nový model poskytuje lepší opis experimentálnych údajov v porovnaní s tradičnými metódami používanými na určenie distribúcie partónov v atómových jadrách. Zhoda medzi teoretickými predpoveďami a experimentálnymi údajmi umožnila výskumníkom reprodukovať správanie atómových jadier pomocou partónového modelu a vysokoenergetických údajov, čím sa posunulo chápanie jadrovej štruktúry.

Zdroj: phys.org.

^{Zdroj Foto:  IFJ PAN}