Ovo je prva koherentna slika atomskog jezgra sastavljenog od kvarkova i gluona

Foto: IFJ PAN

Naučnici su prvi put napravili koherentnu sliku atomskog jezgra sastavljenog od kvarkova i gluona. Ovaj uspeh postignut je skoro vek nakon otkrića da se atomsko jezgro sastoji od protona i neutrona.

Svet fizike čestica prošao je kroz neverovatne promene, jer je naše razumevanje strukture materije postepeno rasvetljeno zahvaljujući brojnim otkrićima. Na početku 20. veka fizičari su verovali da su atomi sastavljeni isključivo od protona i elektrona. Međutim, revolucionarno otkriće Džejmsa Čedvika 1932. godine, kada je identifikovao postojanje neutrona, otvorilo je novo poglavlje u istraživanju atomskih jezgara. Čedvik je za ovo dostignuće tri godine kasnije nagrađen Nobelovom nagradom za fiziku.

Preporučujemo

Nešto kasnije naučnici su počeli teoretisati da protoni i neutroni, koji čine jezgro atoma, sadrže još manje čestice. Tako su se pojavili kvarkovi i gluoni. Ovi osnovni gradivni blokovi materije mogli su se videti tek u eksperimentima sa veoma visokim energijama, piše IFL science.

Godine 1968. prvi eksperimentalni dokazi o postojanju kvarkova izašli su na videlo, a gluoni, odgovorni za vezivanje kvarkova u hadronske čestice poput protona i neutrona, potvrđeni su 11 godina kasnije. Otkriće gluona je došlo posmatranjem sudara elektrona i pozitrona, pri čemu su proizvedeni mlazevi čestica koji su ukazivali na prisustvo gluona.

Fizičari su od tada proučavali šest različitih vrsta kvarkova – up, down, strange, charm, bottom i top – kao i osam tipova gluona. Kvarkovi i gluoni zajedno čine čestice poznate kao hadroni, među kojima su protoni i neutroni najpoznatiji.

Ipak, do sada je postojala kontradikcija u načinu na koji su fizičari opisivali jezgro atoma. Na nižim energetskim nivoima, atomsko jezgro deluje kao da je sastavljeno isključivo od protona i neutrona. Međutim, na višim energijama, kada su čestice bombardovane sa više snage, postaje moguće videti kvarkove i gluone koji čine ove protone i neutrone.

- Do sada su postojala dva paralelna opisa atomskih jezgara, jedan zasnovan na protonima i neutronima koji se vide na niskim energijama, i drugi, za visoke energije, zasnovan na kvarkovima i gluonima - rekao je dr Aleksander Kusina, fizičar iz Instituta za nuklearnu fiziku Poljske akademije nauka (IFJ PAN).

Ovaj tim fizičara je, međutim, uspeo da spoji ove dve odvojene slike.

Kusina i njegov tim analizirali su podatke iz niza eksperimenata, uključujući one koji su izvedeni na Velikom hadronskom sudaraču (LHC) u CERN-u. Njihov rad se fokusirao na parove nukleona koji snažno međusobno deluju, bilo da se radi o kombinacijama protona i neutrona, protona sa protonom ili neutrona sa neutronom. Oni su uspeli da iz tih eksperimenata, koji nisu dostizali dovoljno visok energetski nivo da direktno posmatraju kvarkove i gluone, izvuku informacije o strukturi tih manjih komponenti.

- U našem modelu smo izvršili poboljšanja kako bismo simulirali fenomen uparivanja određenih nukleona - objasnio je Kusina.

Ova inovacija omogućila je teorijsko pojednostavljenje celog modela, što znači da će u budućnosti biti moguće detaljnije proučavati distribuciju kvarkova i gluona za pojedinačna jezgra.

Jedan od najzanimljivijih aspekata ovog istraživanja jeste konceptualno pojednostavljenje složene teorije interakcija unutar atomskog jezgra. Ovaj napredak otvara vrata za preciznija merenja i omogućava dublje razumevanje prirode materije. U budućnosti, zahvaljujući ovakvim modelima, naučnici će moći detaljnije da istražuju razliku u ponašanju različitih atoma u uslovima ekstremnih energija.

Ovo istraživanje objavljeno je u prestižnom časopisu Physical Review Letters i predstavlja ključni korak u daljem razumevanju ne samo atomskih jezgara već i osnovnih čestica koje čine svemir.

Napredak u razumevanju strukture atomskog jezgra kroz prizmu kvarkova i gluona predstavlja veliki pomak u oblasti fizike čestica. Naučnici sada imaju model koji integriše dve do sada odvojene slike jezgra, čime se otvaraju nove mogućnosti za buduća istraživanja.

(Telegraf Nauka / IFL science)