ניסוי של יותר מ-10 שנים בהתהוות הביא את ההצצה הראשונה שלו להוריקן של חלקיקים שמסתחררים בתוך חלקיקים תת-אטומיים הנקראים נויטרונים, ומניח את הבסיס לפתרון תעלומה עמוק בלב החומר.
נתונים מגלאי הנויטרונים המרכזיים במתקן האצה הלאומי תומס ג'פרסון (TJNAF) של משרד האנרגיה האמריקני כבר משחקים תפקיד בתיאור המפה הקוונטית של מנוע הנייטרון.
"זו תוצאה חשובה למדי לחקר נוקלונים,"אומרסילביה ניקולאי, מנהלת מחקר במרכז הלאומי הצרפתי למחקר מדעי.
מה שאנו רואים כגרעין של אטום הוא כוורת של חלקיקים קטנים עוד יותר הנקראים קווארקים הנאבקים בחילופי גלוונים דביקים. בכל מקום שבו שני קווארקים של טעם שנקרא 'מעלה' קשורים לטעם שנקרא 'למטה', תמצא פרוטון. הפוך את זה לשני קווארקים למטה ואחד למעלה, יהיה לך לעצמך נויטרון.
תיאור שלישיות קווארקים בצורה כזו גורם להם להישמע מאורגנים כמו ביצים בקרטון. למען האמת, קיומם הוא הכל חוץ מסודר בצורה נוחה, כאשר סערה כאוטית של חלקיקים ואנטי-חלקיקים קיימת ואינה קיימת בתחרות קוונטית.
כדי לתפוס את ההתפלגות והתנועות של נחילי קווארקים בכבלי הגלואון שלהם, פיסיקאים ירו באופן מסורתי חלקיקים גרעיניים באמצעות אלקטרונים וצפו כיצד הכדורים הזעירים מתרוצצים. כדי להקל על התיאור של תוצאות הניסויים הללו, תיאורטיקנים מתייחסים ליחידות של קווארקים וגלואונים הפועלים תחת מסגרות קוונטיות מובחנות.בוא נעזוב.
בעשורים האחרונים, ניסויים במאיץ חלקיקים באנרגיה גבוהה באמצעות ספקטרומטר הקבלה הגדול של CEBAF ושדרוגו ב-TJNAF,שכוללים אי התאמה מבלבלת בין המסה והגודל של הנוקלאון.
ניוטרונים היו אגוז קשה יותר לפיצוח, ומשירים את רסיס האלקטרונים שלהם בזוויות מעבר להישג ידו של גלאי הספקטרומטר.
"בתצורה הסטנדרטית, לא היה זיהוי של נויטרונים אפשרי בזוויות אלה,"אומרניקולי.
בשנת 2011, החלה בניית גלאי חדש בשיתוף פעולה עם CNRS, אשר הותקן בסופו של דבר בשנת 2017, לפני שהועבר במהלך ריצות הניסוי הראשוניות ב-2019 וב-2020.
רחוק משייט חלק, עיצוב הניסוי אפשר לפרוטון מדי פעם להתגנב פנימה ולזהם את התוצאות. רק לאחר ניקוי מסוים ממסנן למידת מכונה שתוכנן, ניתן היה ליישם סוף סוף את המספרים על מודלים תיאורטיים על פעילות נויטרונים.
המחקר הראשון שעשה שימוש בנתונים הציב אילוצים נחוצים על אחת מההתפלגות הפחות מובנות של פרטונים בניוטרונים המכונה חלוקת פרטונים כללית (GPD) E.
על ידי השוואת תוצאות הניסוי עם נתונים קודמים על פרוטונים, החוקרים השתמשו בהבדלים בקווארקים כדי להבחין בין תכונה מתמטית משמעותית של GPD E ממודל דומה.
"ה-GPD E חשוב מאוד מכיוון שהוא יכול לתת לנו מידע על מבנה הספין של נוקלונים,"אומרניקולי.
ספין במובן קוונטי מקפל בתוכו איכות דומהמומנטום זוויתיבעולם היומיומי שלנו. מדידות קודמות של ספינים של קווארקים המרכיבים פרוטונים וניוטרונים מוצאות שמאפיינים אלה תורמים לא יותר מ-30 אחוז מסך הספין של הנוקלאון, מה שמוביל למה שנקראמשבר ספין.
בדיוק מהיכן מגיע השבר הנותר, בין אםאינטראקציות עם גלווניםאו התנהגות אחרת שפחות מובנת, היא שאלה שניסויים עתידיים יוכלו לפתור סוף סוף.
קיים אמצעי להשוואה מדויקת בין המנועים התאומים המתלקחים בלבבות האטומים יוביל כמעט בטוח לתובנות חדשות מרתקות על מכניקת הקוונטים.
מחקר זה פורסם במכתבי סקירה פיזית.
