Как изучалось взаимодействие между протонами и нейронами

Как изучалось взаимодействие между протонами и нейронами

Учёным впервые удалось измерить крайне слабое (практически неуловимое) взаимодействие протонов и нейтронов ядра атома. Исследованиям подвергалось простейшее ядро, содержащее по одной такой частице. Посредством уникального нейтронного эксперимента, который был организован в стенах Национальной лаборатории Ок-Риджа, физики обнаружили слабую взаимосвязь между частицами ядра атома. Этот фактор предсказывался «Стандартной моделью», описывающей элементарные частицы и способы взаимосвязи этих частиц.

Эксперимент «NPDGamma»

Результаты исследований, опубликованные изданием «Physical Review Letters», фактически стали завершением более чем десятилетней работы, выполненной при помощи аппарата «NPDGamma». Первый этап эксперимента проходил в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Опираясь на знания, полученные в ходе первого этапа, команда специалистов переместила проект в лабораторию Ок-Риджа.

Перемещение обосновано наличием в этой лаборатории источника нейронов, образующихся в процессе ядерного деления.

Протоны и нейтроны содержат мельчайшие частицы, именуемые «кварки». Частицы связаны одной из четырёх известных сил природы:

  1. Сильная взаимосвязь.
  2. Электромагнетизм.
  3. Слабая взаимосвязь.
  4. Гравитация.

Слабое взаимодействие существует на крайне малом расстоянии внутри, а также между протонами и нейтронами. Сильное взаимодействие ограничивает кварки нейтронов и протонов.

Слабым взаимодействием также связывается осевое вращение и направление движения ядерных частиц, открывая тонкие аспекты движения кварков внутри протонов и нейтронов.

Целью эксперимента ставилось выделение с последующим измерением одного компонента слабого взаимодействия, проявляющегося в виде гамма-лучей.

Эти гамма-лучи допустимо считать и проверить с высокой статистической точностью. Массовое обнаружение гамм позволяет увидеть эффект слабого взаимодействия.

Как проходил экспериментальный процесс

Экспериментом «NPDGamma» предполагалось направлять холодные нейтроны в направлении мишени, представляющей жидкий водород.

Было разработано специальное устройство для управления направлением вращения медленно движущихся нейтронов, «переворачивая» нейроны из положения вращения вверх к положению вращения вниз.

Когда управляемые нейтроны врезались в мишень, отмечалось взаимодействие с протонами в атомах жидкого водорода с последующим испусканием гамма-лучей. Эти лучи, соответственно, измерялись специальными датчиками.

Проанализировав гамма-лучи, ученые обнаружили нарушающую четность асимметрии, которая представляет собой специфическое изменение поведения взаимосвязей между нейтроном и протоном.

Результаты эксперимента «NPDGamma» заполнили жизненно важную часть информации, однако остаются ещё теории, требующие подтверждения.

Существует теория слабого взаимодействия между кварками, но способ, которым сильная взаимосвязь между кварками преобразуется в силу, связывающую частицы ядра, до конца не понят и не определён.


При помощи информации: ORNL