Un cuidadoso nuevo análisis de los datos tomados en la Instalación Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson del Departamento de Energía ha revelado un posible vínculo entre protones y neutrones correlacionados en el núcleo y un misterio de 35 años. Los datos han llevado a la extracción deuna función universal que describe el efecto EMC, el descubrimiento una vez impactante que los quarks dentro de los núcleos tienen momentos promedio más bajos de lo previsto, y respalda una explicación del efecto. El estudio ha sido publicado en la revista Naturaleza .
El efecto EMC fue descubierto por primera vez hace poco más de 35 años por la European Muon Collaboration en datos tomados en el CERN. La colaboración encontró que cuando midieron los quarks dentro de un núcleo, parecían diferentes de los encontrados en protones y neutrones libres.
"Actualmente hay dos modelos principales que describen este efecto. Un modelo es que todos los protones y neutrones en un núcleo [y, por lo tanto, sus quarks] se modifican y todos se modifican de la misma manera", dice Douglas Higinbotham, un Laboratorio Jeffersoncientífico del personal
"El otro modelo, en el que nos enfocamos en este documento, es diferente. Dice que muchos protones y neutrones se comportan como si fueran libres, mientras que otros están involucrados en correlaciones de corto alcance y están altamente modificados," el explica.
Las correlaciones de corto alcance son asociaciones fugaces formadas entre protones y neutrones dentro del núcleo. Cuando un protón y un neutrón se emparejan en una correlación, sus estructuras se superponen brevemente. La superposición dura unos momentos antes de que las partículas se separen.
La función de modificación universal se desarrolló a partir de un cuidadoso nuevo análisis de los datos de un experimento realizado en 2004 utilizando la Instalación de Acelerador de Haz de Electrones Continuos de Jefferson Lab, una Instalación de Usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE. CEBAF produjo un haz de electrones 5.01 GeV para sondear núcleosde carbono, aluminio, hierro y plomo en comparación con el deuterio un isótopo de hidrógeno que contiene un protón y neutrones en su núcleo.
Cuando los autores compararon los datos de cada uno de estos núcleos con el deuterio, vieron emerger el mismo patrón. Los físicos nucleares derivaron de esta información una función de modificación universal para correlaciones de corto alcance en los núcleos. Luego aplicaron la función a los núcleosutilizado en mediciones del efecto EMC, y descubrieron que era el mismo en todos los núcleos medidos que consideraron.
"Ahora tenemos esta función, donde tenemos pares correlacionados de corto alcance entre neutrones y protones, y creemos que puede describir el efecto EMC", dice Barak Schmookler, un ex estudiante graduado del MIT y ahora científico postdoctoral de la Universidad Stony Brook quedirigió este esfuerzo de investigación y es el autor principal del artículo.
Dice que él y sus colegas piensan que lo que está sucediendo es que aproximadamente el 20 por ciento de los nucleones en los pares correlacionados de un núcleo en un momento dado tiene un efecto desproporcionado en las mediciones del efecto EMC.
"Creemos que cuando los protones y los neutrones dentro del núcleo se superponen en lo que llamamos pares correlacionados de corto alcance, los quarks tienen más espacio para maniobrar y, por lo tanto, se mueven más lentamente de lo que lo harían en un protón o neutrón libre", dijo.explica
"La imagen anterior a este modelo es que todos los protones y neutrones, cuando están unidos en un núcleo, todos sus quarks comienzan a disminuir. Y lo que sugiere este modelo es que la mayoría de los protones y neutrones continúan como si nada hubiera cambiado,y son los protones y neutrones seleccionados que están en estos pares los que realmente tienen un cambio significativo en sus quarks ", explica Axel Schmidt, un compañero y coautor posdoctoral del MIT.
Higinbotham dice si esta imagen detallada de lo que está sucediendo en el núcleo puede confirmarse o no, por ahora, la función de modificación universal parece vincular todos los elementos de este misterio de manera coherente.
"Entonces, hemos demostrado que los pares son pares y se comportan de la misma manera, ya sea que estén en un núcleo de plomo o de carbono. También hemos demostrado que cuando el número de pares es diferente porque están en núcleos diferentes, todavía están actuando colectivamente básicamente de la misma manera ", explica Higinbotham." Entonces, lo que creemos haber encontrado es que con una imagen física, podemos explicar tanto el efecto EMC como las correlaciones de corto alcance ".
Si se mantiene, esa imagen física de las correlaciones de corto alcance como la causa del efecto EMC también logra otro paso hacia un objetivo a largo plazo de los físicos nucleares y de partículas para conectar nuestras dos vistas diferentes del núcleo del átomo: comocompuesto de protones y neutrones, en comparación con sus quarks constituyentes.
Los físicos nucleares ya han comenzado a trabajar en el siguiente paso para confirmar esta nueva hipótesis, que es medir la estructura de quarks de los protones que participan en correlaciones de corto alcance y compararla con los protones no correlacionados.
"Lo siguiente que haremos es un experimento que estamos llevando a cabo en el Experimental Hall B de Jefferson Lab con el detector de neutrones de ángulo posterior. Medirá el protón cuando esté en deuterio y se mueva a diferentes velocidades. Entonces, queremos comparar protones de movimiento lento y rápido ", dice Lawrence Weinstein, coautor principal y profesor y erudito eminente de la Universidad Old Dominion." Ese experimento obtendrá suficientes datos para responder la pregunta. Este apunta fuertemente a una respuesta,pero no es definitivo "
Más allá de eso, el próximo objetivo de la colaboración es comenzar a considerar cómo las correlaciones de corto alcance y el efecto EMC pueden investigarse más a fondo en un futuro potencial colisionador de iones de electrones. La colaboración ahora está trabajando en un proyecto para determinar la mejor manerapara lograr ese objetivo, utilizando fondos proporcionados por el programa de I + D dirigido por el laboratorio de Jefferson Lab
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Thomas Jefferson National Accelerator Facility . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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