В каждом атоме Вселенной скрыта тайнаhttps://ab-news.ru/2020/01/03/v-kazhdom-atome-vselennoy-nahoditsya-tayna/
Протоны и нейтроны собираются вместе, связанные так называемой силой сильного ядерного взаимодействия.
Никто точно не знает, что происходит внутри атома. Но две конкурирующие группы ученых думают, что они поняли это. И обе стремятся доказать, что их собственное видение верно.
Вот что мы знаем наверняка: Электроны вращаются по орбиталям во внешней оболочке атома. При этом остается очень много пустого пространства. А прямо в центре этого пространства, есть крошечное ядро - плотный узел протонов и нейтронов, которые дают атому большую часть его массы.
Протоны и нейтроны собираются вместе, связанные так называемой силой сильного ядерного взаимодействия. И число этих протонов и нейтронов определяет, является ли атом атомом железа, кислорода или водорода, и является ли он радиоактивным или стабильным.
Тем не менее, никто не знает, как эти протоны и нейтроны (вместе известные как нуклоны) ведут себя внутри атома. Вне атома протоны и нейтроны имеют определенные размеры и формы.
Каждый из них состоит из трех более мелких частиц, называемых кварками, и взаимодействия между этими кварками настолько интенсивны, что никакая внешняя сила не может деформировать их, даже мощные силы между частицами в ядре атома.
Но на протяжении десятилетий исследователи знали, что теория в некотором роде неверна. Эксперименты показали, что внутри ядра протоны и нейтроны кажутся гораздо большими, чем они должны быть.
Физики разработали две конкурирующие теории, которые пытаются объяснить это странное несоответствие, и сторонники каждой из них совершенно уверены, что другая неверна. Однако оба лагеря согласны с тем, что каков бы ни был правильный ответ, он должен исходить из области, выходящей за пределы их собственных.
По крайней мере, с 1940-х годов физики знали, что нуклоны движутся по узким маленьким орбитали внутри ядра, сказал Геральд Миллер, физик-ядерщик из Вашингтонского университета. Нуклоны, ограниченные в своих движениях, имеют очень мало энергии. Они сдерживаются сильным взаимодействием.
В 1983 году физики из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) заметили нечто странное: пучки электронов отскакивали от железа таким образом, который сильно отличался от того, как они отскакивали от свободных протонов, сказал Миллер.
Это было неожиданно; если бы протоны внутри водорода были того же размера, что и протоны внутри железа, электроны должны были отскочить почти таким же образом.
Сначала исследователи не знали, на что они смотрят.
Но со временем ученые пришли к выводу, что это проблема размера. По какой-то причине протоны и нейтроны внутри тяжелых ядер действуют так, как будто они намного больше, чем когда они находятся вне ядер. Исследователи называют это явление эффектом ЕМС, в честь европейского мюонного сотрудничества — группы, которая случайно обнаружила его. Это нарушает существующие теории ядерной физики.
Ор Хен, физик-ядерщик из Массачусетского технологического института высказал идею, которая потенциально может объяснить, что происходит.
По его словам, в то время как кварки, субатомные частицы, которые составляют нуклоны, сильно взаимодействуют внутри протона или нейтрона, кварки в разных протонах и нейтронах не могут сильно взаимодействовать друг с другом. Ядерное взаимодействие внутри нуклона настолько сильно, что затмевает сильную ядерную силу, удерживающую нуклоны в других ядрах.
«Представьте, что вы сидите в своей комнате и разговариваете с двумя своими друзьями с закрытыми окнами», — сказал Хен. Трио в комнате — это три кварка внутри нейтрона или протона. «На улице дует легкий ветерок».
Этот легкий ветерок — это сила, удерживающая протон или нейтрон в соседних нуклонах, которые находятся «за пределами» окна. Даже если немного приоткрыть закрытое окно, это вряд ли повлияет на вас.
И пока нуклоны остаются на своих орбиталях, это так. Однако, по его словам, недавние эксперименты показали, что в любой момент времени около 20% нуклонов в ядре фактически находятся за пределами своих орбиталей. Вместо этого они в паре с другими нуклонами, взаимодействуя в «корреляциях ближнего действия».