Korrelierten Nukleonen lösen können, 35-year-old mystery
Eine sorgfältige re-Analysen von Daten des Department of Energy der Thomas Jefferson National Accelerator Facility hat ergeben, dass möglicherweise ein Zusammenhang zwischen den korrelierten Protonen und Neutronen im Atomkern und ein 35-Jahre altes Geheimnis zu lüften. Die Daten geführt haben, die Gewinnung einer universellen Funktion beschreibt die EMV-Wirkung, die einst schockierende Entdeckung, die die quarks im inneren Kerne haben eine niedrigere Durchschnittliche momenta als vorhergesagt, und unterstützt eine Erklärung für den Effekt. Die Studie wurde veröffentlicht in der Zeitschrift Natur.
Die EMC-Effekt zuerst entdeckt wurde nur vor über 35 Jahren von der europäischen Myon-Kollaboration in der Daten, die am CERN. Die Zusammenarbeit fand, dass, wenn Sie gemessen quarks im inneren eines Atomkerns, Sie sah anders aus als jene in freie Protonen und Neutronen.
„Derzeit gibt es zwei wichtigsten Modelle, die beschreiben, dieser Effekt. Ein Modell ist, dass alle Protonen und Neutronen in einem Kern [und damit Ihre quarks] geändert werden, und Sie sind alle geändert, die gleiche Weise,“ sagt Douglas Higinbotham, ein Jefferson-Lab-Mitarbeiter, Wissenschaftler zu werden.
„Das andere Modell, das ist die eine, wir konzentrieren uns in diesem Papier, anders ist. Es sagt, dass viele Protonen und Neutronen Verhalten sich, als ob Sie frei sind, während andere beteiligt sind short-range-Korrelationen und sind stark verändert“, erklärt er.
Short-range-Korrelationen sind flüchtige Partnerschaften zwischen Protonen und Neutronen im Kern. Wenn ein proton und ein neutron-pair-Mädchen in eine Korrelation, deren Strukturen überlagern sich kurz. Die überlappung dauert nur wenige Augenblicke, bevor die Partikel Möglichkeiten Teil.
Die universal-änderung wurde die Funktion entwickelte sich aus einer sorgfältigen re-Analyse der Daten aus einem experiment im Jahr 2004 mit Jefferson Lab die Continuous Electron Beam Accelerator Facility, ein DOE Office of Science Benutzer-Einrichtung. CEBAF produziert 5.01 GeV-Strahl von Elektronen zu untersuchen, die Atomkerne von Kohlenstoff, Aluminium, Eisen und Blei im Vergleich zu deuterium (ein Isotop des Wasserstoffs mit einem proton und einem neutron im Kern).
Wenn die Autoren verglichen die Daten von jeder dieser Atomkerne deuterium, Sie sahen das gleiche Muster entstehen. Der Kernphysiker abgeleitet aus diesen Informationen eine Universelle Modifikation Funktion für short-range-Korrelationen in Kernen. Sie bewarb sich die Funktion auf die Kerne verwendet bei der Messung der EMV-Wirkung, und Sie fand, dass es war das gleiche in allen gemessenen Kernen, die Sie als.
„Jetzt haben wir diese Funktion, wo wir haben der neutron-proton-Nahkampf-korrelierte Paare, und wir glauben, dass es beschreiben kann, die EMV-Wirkung“, sagt Barak Schmookler, einem ehemaligen MIT-Doktoranden und jetzt der Stony Brook University Postdoc-Wissenschaftler, der die Leitung dieser Forschungsarbeit und ist das Papier der führende Autor.
Er sagt, dass er und seine Kollegen denken, was Los ist, dass die rund 20 Prozent der Nukleonen in einem Kern der korrelierten Paare zu jeder Zeit hat einen übergroßen Einfluss auf die Messungen von der EMV-Wirkung.
„Wir denken, dass, wenn die Protonen und Neutronen im Kern überlappen, was wir als short-range-korrelierte Paare, die quarks haben mehr Raum, um zu manövrieren, und daher bewegen sich mehr langsam, als würden Sie in einem freien proton oder neutron“, erklärt er.
„Das Bild, bevor dieses Modells ist, dass alle Protonen und Neutronen, wenn Sie stecken gemeinsam in einem Zellkern, alle Ihre quarks beginnen sich zu verlangsamen. Und was dieses Modell legt nahe, dass die meisten Protonen und Neutronen tragen auf wie nichts geändert, und es ist das auswählen der Protonen und Neutronen, sind diese Paare, die wirklich eine deutliche Veränderung Ihrer quarks“, erklärt Axel Schmidt, ein MIT-Postdoc-fellow und co-Autor.
Higinbotham sagt, ob oder ob nicht dieses detaillierte Bild von dem, was passiert in den Zellkern bestätigt werden kann, für jetzt, die universal-Modifikation-Funktion scheint sich zu binden alle Elemente dieses Geheimnisses zusammen in einer selbst-konsistenten Art und Weise.
„Also, wir haben gezeigt, dass Paare sind Paare, und Sie Verhalten sich auf die gleiche Weise, ob Sie sich in einer Blei-oder einer carbon-Kern. Wir haben auch gezeigt, dass, wenn die Anzahl von Paaren sind anders, weil Sie in verschiedenen Kerne, Sie sind immer noch Kollektiv handeln grundsätzlich auf die gleiche Weise,“ Higinbotham erklärt. „Also, was wir denken, was wir gefunden haben ist, dass mit einem physischen Bild, können wir erklären, sowohl die EMV-Wirkung und short-range-Korrelationen.“
Wenn es hält, dass die körperliche Bild von dem short-range-Korrelationen als Ursache für die EMV-Wirkung auch erreicht, ein weiterer Schritt in Richtung einer lang-Zeit-Ziel, die nukleare und Teilchen-Physiker, verbinden unsere zwei verschiedenen sichten auf das atom der Kern: wie wird aus Protonen und Neutronen, im Vergleich zu, wie es bis zu Ihrer konstituierenden quarks.
Die Kernphysiker haben bereits begonnen, der nächste Schritt in der Bestätigung dieser neuen Hypothese, die zur Messung der quark-Struktur des Protons engagiert in der short-range-Korrelationen und vergleichen Sie diese mit un-korrelierten Protonen.
„Das nächste, was wir tun, ist ein experiment, wir laufen in Jefferson Lab Experimentelle Halle B mit der Zurück-Angle-Neutron-Detektor. Es misst die proton, wenn es in deuterium und bewegen mit verschiedenen Geschwindigkeiten. So, wir wollen vergleichen, slow – und fast-moving-Protonen“, sagt Lawrence Weinstein, ein lead Co-Autor und Professor & Eminent Scholar an der Old Dominion University. „Das experiment erhalten, genug Daten, um die Frage zu beantworten. Dies verweist stark auf eine Antwort, aber es ist nicht definitiv.“
Darüber hinaus, das nächste Ziel, die Zusammenarbeit zu beginnen, wenn man bedenkt, wie short-range-Korrelationen und die EMV-Wirkung kann weiter geforscht, die auf eine zukünftige potential electron-ion collider. Die Zusammenarbeit ist jetzt an einem Projekt arbeiten, um zu bestimmen, der beste Weg, um dieses Ziel zu erreichen, mithilfe der zur Verfügung gestellten Mittel von Jefferson Lab Lab-Regie R&D-Programm.
