I fisici non riescono ancora a spiegare l’anomalia nell’esperimento sui protoni • Il Registro

I fisici in America hanno confermato una strana misurazione che è stata scoperta per la prima volta da scienziati che hanno sondato la struttura interna dei protoni due decenni fa.

Quest’ultimo esperimento – condotto presso la Thomas Jefferson National Accelerator Facility da un team di accademici principalmente della Temple University di Filadelfia – mostra che il modello standard di composizione dei protoni non è del tutto corretto e indica che gli scienziati non comprendono ancora completamente i protoni. così come ipotizzato

Oggi si comprende che i protoni e altre particelle subatomiche sono, in generale, costituiti da quark, particelle ancora più piccole che trasportano cariche frazionarie. Il modello standard semplificato sostiene che i protoni contengono due quark carichi positivamente e un quark caricato negativamente. Sembra semplice, giusto?

Ma più realisticamente, il protone è un pasticcio confuso di innumerevoli quark e antiquark che interagiscono tra loro scambiandosi gluoni, un tipo separato di particella che rappresenta la forte forza che tiene insieme i quark per formare un protone.

Tuttavia, questo non è nemmeno il quadro completo. Sta succedendo qualcosa di strano all’interno della particella subatomica e abbiamo un paio di decenni per capire di cosa si tratta.

Al laboratorio Jefferson, il team ha bombardato l’idrogeno liquido con elettroni per studiare la natura interna del protone in ciascun atomo di idrogeno, utilizzando lo scattering Compton virtuale. Gli elettroni interagiscono con i protoni dell’idrogeno, facendo in modo che i quark del protone emettano un fotone. I rivelatori misurano il modo in cui gli elettroni ei fotoni si diffondono, per capire la posizione e la quantità di moto dei quark. Le informazioni danno ai ricercatori un’idea della struttura interna del protone e un modo per misurare la polarizzabilità elettrica del protone.

“Vogliamo capire la sottostruttura del protone”, ha affermato Ruonan Li, primo autore dello studio pubblicato su Nature e studente laureato alla Temple University, in una dichiarazione.

“E possiamo immaginarlo come un modello con i tre quark bilanciati nel mezzo. Ora, metti il ​​protone nel campo elettrico. I quark hanno cariche positive o negative. Si muoveranno in direzioni opposte. Quindi, la polarizzabilità elettrica riflette come facilmente il protone sarà distorto dal campo elettrico.”

La distorsione mostra quanto un protone può allungarsi sotto un campo elettrico. Secondo le teorie convenzionali, i protoni dovrebbero diventare più rigidi poiché vengono distorti dai campi elettrici a energie più elevate. Un grafico che traccia la polarizzabilità elettrica rispetto all’intensità di un campo elettrico dovrebbe essere fluido, ma i ricercatori hanno osservato un urto caratteristico.

Quell’urto è la strana misura che il team del Tempio ha confermato.

“Quello che in realtà vediamo è che la polarizzabilità elettrica diminuisce in modo monotono all’inizio, ma ad un certo punto c’è un miglioramento locale di questa proprietà prima che scenda di nuovo”, Nikos Sparveris, coautore dell’articolo e professore associato di fisica alla Temple University, ha detto Il registro.

Non è chiaro a questo punto quale possa essere la causa di questo effetto

“Non è chiaro a questo punto quale potrebbe essere la causa di questo effetto”.

Il team ritiene che l’urto mostri che qualche meccanismo sconosciuto potrebbe in qualche modo influenzare la forza forte.

“Il primo indizio di una tale anomalia è stato segnalato 20 anni fa (era un esperimento al MAMI Microtron in Germania), ma i risultati sono arrivati ​​con un’incertezza piuttosto ampia e nel frattempo non sono stati confermati in modo indipendente. In questo lavoro siamo stati in grado di misurare in modo più preciso Nel nostro nuovo esperimento, troviamo infatti prove di una struttura nella polarizzabilità elettrica, ma osserviamo metà della magnitudine rispetto a quanto originariamente riportato”, ha aggiunto.

La polarizzabilità elettrica offre agli scienziati un modo per sondare la struttura interna di un protone e la forza che lo lega insieme. “Le misurazioni riportate suggeriscono la presenza di un nuovo meccanismo dinamico non ancora compreso nel protone e presentano notevoli sfide alla teoria nucleare”, secondo l’articolo del team [Arxiv preprint].

Il gruppo prevede di eseguire più esperimenti di follow-up per studiare l’urto anomalo in modo più dettagliato. “Dobbiamo identificare la forma di tale struttura nel modo più preciso possibile (è un input importante per la teoria, nel tentativo di spiegare la causa dell’effetto) e dobbiamo eliminare ogni possibilità che questo effetto possa essere un artefatto sperimentale “, ha concluso Sparveris. ®

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